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Prof. Dr.-Ing. Frank Thomas
IT-Grundlagen der Logistik
Auflage Mai 2016
IT-Grundlagen der Logistik
15.06.2016 Seite I
IT-Grundlagen der Logistik
Prof. Dr.-Ing. Frank Thomas
Erste Auflage, Karlsruhe, im Mai 2016
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IT-Grundlagen der Logistik
15.06.2016 Seite II
IT-Grundlagen der Logistik
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
Inhaltsverzeichnis ......................................................................................................... II
Abbildungsverzeichnis ................................................................................................. V
Einleitung .................................................................................................................... VIII
1 Systemarchitektur für Materialfluss-Steuerungen .............................................. 1
1.1 Denkschritte für die neue Systemarchitektur............................................................... 1
1.2 Applikationsspezifische Modularisierung von Förderanlagen mit SAIL........................ 2
Kernfunktionen ................................................................................................... 2 1.2.1
Anlagenkomponenten einer Förderanlage .......................................................... 4 1.2.2
1.3 Aufgabenzuordnung zwischen dem Transportsteuerungssystem und dem
Material Flow Control System ..................................................................................... 6
Anforderungen an die gewerkeübergreifende Kommunikation ........................... 7 1.3.1
Vorteile der Systemarchitektur ........................................................................... 8 1.3.2
2 Gestaltung und Einsatz innovativer Material Flow Control Systeme ................ 9
2.1 Die Materialflusssteuerung als Dienstleistung für ein Distributionszentrum. ................ 9
2.2 Transportdurchführung ............................................................................................... 9
2.3 Transportverwaltung ................................................................................................. 10
2.4 Abbild der Förderanlage in einem MFC-System ....................................................... 11
Modellentwicklung ............................................................................................ 11 2.4.1
Rekursives Routing – Routengenerator ............................................................ 11 2.4.2
Methoden zur Bildung von optimalen Fahraufträgen ........................................ 12 2.4.3
2.5 Fehler in der Planungsphase bei MFC-Systemen ..................................................... 13
2.6 MFC-Systeme in der Praxis - Herausforderungen und Kostentreiber ....................... 14
Vermeidung von Schnittstellenvielfalt im Projekt .............................................. 14 2.6.1
Hohe Effizienz und Transparenz bei Inbetriebnahme und Wartung .................. 15 2.6.2
2.7 Aspekte der Wiederverwendbarkeit bei der Softwareentwicklung moderner
Materialflusssysteme ................................................................................................ 15
Verbindung von Transport- und Platzverwaltung über die Klasse LTG ............. 15 2.7.1
Anwendungsdomäne / Anwendungsbestimmte Software ................................. 17 2.7.2
TWS-Plattform .................................................................................................. 17 2.7.3
IT-Grundlagen der Logistik
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2.8 Auf dem Weg zur Schaltschranklosen Fabrik ........................................................... 18
3 Warenidentifikation – Anwendung in der Logistik ............................................ 21
3.1 Identifikation ............................................................................................................. 21
Identifikations-Systeme mit optischen Datenträgern ......................................... 21 3.1.1
1 D-Code in Ausführung als OCL-Barcode ....................................................... 21 3.1.2
Global Standard One (GS1) ............................................................................. 22 3.1.3
3.1.3.1 GS1 Complete ......................................................................................... 23
3.2 Lesegeräte ............................................................................................................... 27
Strichcode-Laserscanner.................................................................................. 27 3.2.1
CCD-Sensoren ................................................................................................. 29 3.2.2
3.3 RFID – Radio Frequency Identification Device ......................................................... 30
RFID - Die Frequenz-Problematik .................................................................... 30 3.3.1
3.3.1.1 RFiD-Systeme der Trägerfrequenz 13.56 MHz ........................................ 31
3.3.1.2 EPC: Electronic Product Code ................................................................. 32
3.3.1.3 Electronic Printing von RFID-Tags ........................................................... 33
4 Datenkommunikation in der Intralogistik .......................................................... 35
4.1 Bedeutung von Information in der Intralogistik .......................................................... 35
ECR - Efficient Consumer Response Informationskreislauf .............................. 36 4.1.1
Electronic Data Interchange EDI ...................................................................... 37 4.1.2
4.2 Industrielle lokale Netze (Industrie-LAN) ................................................................... 38
Ethernet-LAN ................................................................................................... 38 4.2.1
Zuverlässigkeit der Informationsübertragung .................................................... 41 4.2.2
Kommunikationssoftware TCP/IP ..................................................................... 42 4.2.3
4.2.3.1 Netzwerkschicht des Internets.................................................................. 42
4.2.3.2 Funktionen des TCP (Transmission Control Protocol) .............................. 43
Reliable Application Data Transfer (TP-RADT) ................................................. 45 4.2.4
4.3 Drahtlose Kommunikation in der Intralogistik ............................................................ 49
5 Geschäftsprozesse in der Intralogistik – Software follows Funktion ............. 50
5.1 Wo liegen die größten Potentiale? ............................................................................ 50
A Warehouse is not a warehouse ..................................................................... 51 5.1.1
Faktoren, die den Projekterfolg beeinträchtigen ............................................... 52 5.1.2
Erweiterte Prozessmodulierungs-Sprache ........................................................ 52 5.1.3
5.2 Beschreibung der Geschäftsprozessmodule eines Warehouse Management
Systems ................................................................................................................... 54
Lieferavisierung mit automatischer Datenerfassung im Wareneingang............. 55 5.2.1
Wareneingang ohne Avis-Daten ....................................................................... 58 5.2.2
Integriertes Geschäftsprozessmodul Wareneingang ........................................ 61 5.2.3
IT-Grundlagen der Logistik
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5.2.3.1 Analysemodell „Integriertes Geschäftsprozessmodul“ .............................. 63
5.3 Kommissioniersysteme ............................................................................................. 64
Anforderungen an Kommissioniersysteme ....................................................... 64 5.3.1
5.3.1.1 Marktflexibilität ......................................................................................... 65
5.3.1.2 Retouren .................................................................................................. 65
5.3.1.3 Batch-Kommissionierung ......................................................................... 65
5.3.1.4 Batchbildung ............................................................................................ 66
Geschäftsprozessmodul zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer 5.3.2
und Sorter ........................................................................................................ 66
5.3.2.1 IT-Prozessebene ...................................................................................... 70
5.3.2.2 Batchbildung ............................................................................................ 71
5.3.2.3 Mensch-Maschine-Kommunikation .......................................................... 73
5.3.2.4 Analysemodell für das Geschäftsprozessmodul „Zweistufige
Kommissionierung mit Batchpuffer und Sorterpackerei“ ........................... 74
Manuelle Sorterkommissionierung mit Hochregal-Wannenpuffer und 5.3.3
Sortier-Packmodul (MSK) ................................................................................. 76
5.3.3.1 Geschäftsprozessmodul MSK .................................................................. 77
5.3.3.2 Batchbildung pro Sortier-, Packmodul ...................................................... 78
5.3.3.3 Analysemodell für Geschäftsprozesse Manuelle
Sorterkommissionierung MSK .................................................................. 81
6 Literatur und Quellen .......................................................................................... 84
IT-Grundlagen der Logistik
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ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1.1: Die Anlagenkomponenten nach SAIL ...................................................................... 1
Abbildung 1.2: Anlagenkomponenten einer Förderanlage ............................................................... 4
Abbildung 1.3: Förderkomponenten, die Anlagefunktionen in wiederverwendbare
Einheiten kapseln ..................................................................................................... 5
Abbildung 1.4: Aufgabenzuordnung zwischen dem Transportsteuerungssystem und dem
MFCS (siehe Kapitel 2) ............................................................................................ 6
Abbildung 2.1: Aufgabenzuordnung des MFCS ............................................................................ 10
Abbildung 2.2: Anlagenabbild. Mit Hilfe einer graphischen Oberfläche wird das
Anlagenbild im MFCS abgelegt .............................................................................. 11
Abbildung 2.3: Routing-Tabelle ..................................................................................................... 12
Abbildung 2.4: Zentrale Klasse LTG ............................................................................................. 16
Abbildung 2.5: Verbindung von Transport- und Platzverwaltung über die Klasse LTG .................. 16
Abbildung 2.6: Teilaspekte einer Anwendungsdomäne ................................................................. 17
Abbildung 2.7: Einordnung des MFCS in die Systemlandschaft (Innovativer Ansatz) ................... 18
Abbildung 2.8: Die Vorteile der Schaltschranklosen Fabrik ........................................................... 19
Abbildung 2.9: Die Vorteile der Schaltschranklosen Fabrik ........................................................... 20
Abbildung 3.1: Applizierung des OCL im Wareneingang (inbound) ............................................... 22
Abbildung 3.2: GTIN/EAN 13 ........................................................................................................ 23
Abbildung 3.3: Prinzip GS1 ........................................................................................................... 24
Abbildung 3.4: Codeaufbau und Beschreibung eines SSCC (GS1-128)........................................ 25
Abbildung 3.5: GLN, GTIN und SSCC im Verband GS1 ............................................................... 26
Abbildung 3.6: Datenbezeichner-Tabelle (Ausriss) ....................................................................... 26
Abbildung 3.7: Stationärer Scanner an Verzweigepunkt an Fördertechnik .................................... 27
Abbildung 3.8: Mobile Datenerfassung im Ersatzteilbereich Aviation ............................................ 28
Abbildung 3.9: Smart Mobile-Logistik ............................................................................................ 28
Abbildung 3.10: Prinzipskizze eines CCD-Scanners mit 8k CCD-Zeile ......................................... 29
Abbildung 3.11: CCD-Kameras im Einsatz: Mehrseiten-Warenidentifikation,
Wiegung und Vermessung von Collis im Wareneingang 30
Abbildung 3.12: Übersicht über die Frequenzbereiche .................................................................. 31
Abbildung 3.13: Kompatibilität GS1 und EPC ............................................................................... 32
Abbildung 3.14: RFID-Einsatz entlang der Supply Chain .............................................................. 33
IT-Grundlagen der Logistik
15.06.2016 Seite VI
Abbildung 3.15: Gedruckte Tags (Bildquelle: www.polyic.de, 2015) .............................................. 33
Abbildung 4.1: Bedeutung von Information in der Logistik ............................................................. 35
Abbildung 4.2: ECR - Efficient Consumer Response..................................................................... 37
Abbildung 4.3: Liefer-Avisierung per EDI ...................................................................................... 38
Abbildung 4.4: Das ISO/OSI-Protokoll .......................................................................................... 39
Abbildung 4.5: Shake-Hand-Verfahren beim Rechnungsonline-Druck .......................................... 41
Abbildung 4.6: Übertragungssystem TCP/IP und TP-RADT .......................................................... 45
Abbildung 4.7: Fremdsystemkopplung über die gesicherte Kopplungsschicht TP-RADT .............. 47
Abbildung 4.8: Smart Mobile Log .................................................................................................. 49
Abbildung 5.1: Potenziale in den Geschäftsprozessen.................................................................. 50
Abbildung 5.2: Interdisziplinäres Team ......................................................................................... 51
Abbildung 5.3: Legende und Erweiterung der Modulierungssymbole für die folgenden
Abbildungen ........................................................................................................... 53
Abbildung 5.4: Geschäftsprozessmodul Wareneingang ................................................................ 54
Abbildung 5.5: Electronic Data Interchange (EDI), LE-Avisierung im Warenfluss .......................... 55
Abbildung 5.6: LE-Avisierung und automatisierte Wareneingangsabwicklung ............................... 56
Abbildung 5.7: Geschäftsprozessmodul Wareneingang (Best-Practice-Komponente)................... 57
Abbildung 5.8: Geschäftsprozessmodul: Wareneingang ohne Daten-Avisierung. Sehr
Kosten-, Zeit- und Ressourcenaufwendig (Erklärung siehe Folgeseite). ................. 59
Abbildung 5.9: Integriertes Geschäftsprozessmodul Wareneingang ............................................. 62
Abbildung 5.10: Prinzipskizze: „Zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer, ........................... 68
Abbildung 5.11: Geschäftsprozessmodul „Zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer,
Sorter, Rechnungsonline-Druck und Sorterpackerei (Teil 1) ................................... 70
Abbildung 5.12: Geschäftsprozessmodul „Zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer,
Sorter, Rechnungsonline-Druck und Sorterpackerei (Teil 2) ................................... 70
Abbildung 5.13: Arbeitsfortschritts-Überwachung im Leitstand ...................................................... 71
Abbildung 5.14: Ablauf der Wannenbefüllung und Rundgangsbildung .......................................... 73
Abbildung 5.15: Mensch-Maschine-Kommunikation während des Rundgangs ............................. 74
Abbildung 5.16: Prinzipskizze: Geschäftsprozess MSK mit dynamischen Packmodulen ............... 78
Abbildung 5.17: Geschäftsprozessmodul MSK (Prozessinformationen 1-5 sind unter
Kapitel 5.3.3.3 beschrieben) ................................................................................... 80
TABELLENVERZEICHNIS
IT-Grundlagen der Logistik
15.06.2016 Seite VII
Tabelle 4.1: TP-RADT (Reliable Application Data Transfer - Header und Datenblock) .................. 48
Tabelle 5.1: Schwankungsbreiten in den Auftragsstrukturn ........................................................... 66
IT-Grundlagen der Logistik
15.06.2016 Seite VIII
EINLEITUNG
Die rasante Weiterentwicklung der Informationstechnologie beeinflusst die Logistik-
Geschäftsprozesse drastisch. Ohne ständige kritische Würdigung der weltweiten IT-
Entwicklung (Halbwertzeit IT-Wissen: < 3 Jahre) ist eine strategische IT-Ausrichtung in
Unternehmen gefährlich. Im Fokus steht dabei immer der Kostendruck.
Diese Gründe führen dazu, dass das vorliegende Skript jährlich überarbeitet wird, und die
Einflüsse an Praxisbeispielen verdeutlicht werden.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 1
1 SYSTEMARCHITEKTUR FÜR MATERIALFLUSS-STEUERUNGEN
Zielführend für eine neue Systemarchitektur für Materialflussteuerungen ist die Überlegung,
neue standardisierte Funktionsgruppen einer Wiederverwendbarkeit zugänglich zu machen.
Wiederverwendbarkeit bei anlagentechnischen Komponenten heißt, dass abgeschlossene
Förderkomponenten definiert und deren Schnittstellen und Funktionsweise beschrieben sind
und diese nach dem Baukastenprinzip moduliert werden können.
Bei Wiederverwendbarkeit der Funktionsebenen, die keinen Bezug mehr zu einzelnen
fördertechnischen Komponenten haben, führen objektorientierte Ansätze weiter (siehe
Kapitel 1.3 und Kapitel 6).
Über mehrere Jahre haben führende Köpfe der Industrie in Zusammenarbeit mit Verbänden
und Branchenspezialisten gearbeitet, um diese Welten in Einklang zu bringen. Die Lösung
liegt in einer segmentierten Standardisierung. Nicht das System als solches wird
standardisiert, sondern dessen Funktionen, Komponenten und Schnittstellen (siehe
VDI/VDMA 5100).
Verbunden mit dem Paradigmenwechsel - von einer bereichsorientierten Top-Down-
Zerlegung (Ebenen-Modell, siehe VDI 15276) zu einer Systemarchitektur (SAIL VDI/VDMA
5100) mit standardisierten Funktionsgruppen - wird das Potenzial für die Intralogistik
sichtbar.
1.1 Denkschritte für die neue Systemarchitektur
Um die Potenziale sowohl aus Kunden- als auch aus der Betreibersicht darstellen zu
können, sind folgende Denkschritte für eine neue Systemarchitektur notwendig:
1. Primäre Anlagenzerlegung nach fördertechnischen Funktionen
2. Kapitelselung der gefundenen Funktionen in Komponenten
3. Standardisierung der Komponenten
4. Standardisierung der Schnittstellen der Komponenten
Abbildung 1.1: Die Anlagenkomponenten nach SAIL
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 2
Die Ziele dieser neuen Systemarchitektur mit einer funktionszentrierten Anlagenmodulierung
sind:
Eine gesteigerte Planungsintelligenz durch eine modulare Baukastensicht der Anlage in der Planungsphase
Einheitliche und eindeutige Begriffsdefinitionen
Eine transparente Funktionsbewertung in der Beschaffungsphase: „Kunde sagt, was er will - Lieferant sagt, was er liefert“
Projektpartner verständigen sich auf derselben Basis; damit wird eine klare Funktionsabgrenzung bei der interdisziplinären Zusammenarbeit während der Realisierungsphase gewährleistet
Daraus resultiert, dass die neue Systemarchitektur als Kostenbremse bei der Modulierung
von intralogistischen Materialfluss-Steuerungen wirkt.
1.2 Applikationsspezifische Modularisierung von Förderanlagen mit SAIL
Inspiriert wurde die standardisierte Systemarchitektur für Intralogistik-Anlagen durch die
objektorientierte Programmierung, die bereits vor einigen Jahren in der industriellen
Software-Entwicklung zu einem Perspektivenwechsel geführt hat. Durch die Schaffung der
Richtlinie VDI/VDMA 5100 „SAIL“ (Systemarchitektur für die Intralogistik) erfolgte eine
Übertragung dieser erfolgreichen Ansätze auf die Modellierung von Intralogistik-Systemen.
Großes Augenmerk wurde dabei auf die Widerverwendbarkeit der Komponenten gerichtet,
die völlig neue Perspektiven bei der Systemmodellierung ermöglicht.
Die folgenden Funktionen und Komponenten wurden von einem Expertenkreis identifiziert
und definiert, um eine systemübergreifende Modularisierung zu ermöglichen.
Kernfunktionen 1.2.1
Der aktuelle Entwicklungsstandard von SAIL abstrahiert fünf automatisierungstechnische
Kernfunktionen einer Förderanlage. Die vorgeschriebenen gekapselten Funktionen sind nach
außen in ihren Schnittstellen definiert, die interne Steuerungs- und Datenstruktur ist jedoch
dem jeweiligen Hersteller freigestellt. Funktionen erhalten den Präfix ' F ' (Function).
Funktion Anlagensteuerung F:AS (Facility Control F:FC)
Die Anlagensteuerung bedient direkt die Anlage, d.h. die F:AS empfängt Signale von
Sensoren, sendet Signale an die Aktoren und steuert damit die Antriebe. Sie realisiert alle
Entscheidungen, die für die Eigensicherheit der Anlage und für die Durchführung eines
Transportschrittes notwendig sind. Hier fällt die Entscheidung ob gefördert werden kann.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 3
Die F:AS bekommt nach Anfrage die Förderrichtung von der Funktion
Richtungsentscheidung (F:RE)
Funktion Richtungsentscheidung F:RE (Direction Control F:DC)
Die Richtungsentscheidung F:RE ermittelt aus den eingestellten Betriebsparametern des
jeweiligen Punktes und den ggf. vorhandenen Fahrauftragsdaten des sich an diesem Punkt
befindlichen Förderobjektes, ob und in welcher Richtung gefördert werden soll. Ein
Transportauftrag (TA) bezieht sich immer auf genau ein identifizierbares Förderobjekt und
untergliedert sich in einzelne Fahraufträge (FA) an Fördersysteme, die den Transport dann
tatsächlich durchführen. Der FA gilt immer nur bis zum Erreichen der Fördersystemgrenze.
Für identifizierbare Förderobjekte mit Transportauftrag wird die erforderliche
Richtungsinformation aus dem Fahrauftrag bei der Funktion Fahrauftragsverwaltung F:FA
ermittelt. Ein Schwarzfahrer ist ein identifizierbares Förderobjekt ohne Transportauftrag. Da
kein Transportauftrag vorliegt und somit auch keine Förderrichtung, muss diese aufgrund
festgelegter Regeln in der F:RE entschieden werden.
Funktion Fahrauftragsverwaltung F:FA (Mission Management F:MM)
Die Fahrauftragsverwaltung stellt für die Richtungsentscheidung F:RE die relevanten Daten
des Fahrauftrags zur Verfügung. Über die Identifikation eines Förderobjektes und eines
Entscheidungspunktes muss die Fahrauftragsverwaltung F:FA die Information liefern, ob
eine Richtungsanweisung vorliegt und welche Ausprägung diese hat. Dieser Vorgang stellt
hohe Anforderungen an die Reaktionszeit. Außerdem ist F:FA dafür verantwortlich,
Fahraufträge anzulegen, zu verändern und zu löschen wenn dies von der beauftragenden
Funktion Ressourcennutzung verlangt wird.
Funktion Ressourcennutzung F:RN (Ressource Utilisation F:RU)
Die Ressourcennutzung kennt den aktuellen Belegungszustand der Transportsysteme,
deren mögliche Transportkapazitäten und Struktur, die vorliegenden Transportaufträge und
die notwendigen Parameter für die Strategien zur Nutzung der freien Ressourcen. Hier wird
entschieden, welches von mehreren konkurrierenden Transportobjekten eine freie
Ressource nutzen darf. Daraus resultiert die Vergabe oder Veränderung eines Fahrauftrages
an die Fahrauftragsverwaltung F:FA. Die F:RN bedient sich zur Verfolgung ihrer
Betriebsstrategien der Parameter des jeweiligen Entscheidungspunktes bei der F:RE.
Funktion Transportkoordination F:TK (Transport Coordination F:TC)
Die Funktion Transportkoordination F:TK ist die Schnittstelle vom MFCS zu den
beauftragenden Systemen, sprich dem WMS bzw. dem Host. Die F:TK wird mit Transporten
beauftragt und sorgt dafür, dass diese zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort fertiggestellt
werden.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 4
Aufgaben der F:TK sind die Ermittlung von passenden Betriebsstrategien sowie
beispielsweise die Organisation der Nachschub-Koordination oder die Durchführung der
Kommissionierung mit Rundgängen, Batchbildung und Batchpuffer. Es werden die
Verfügbarkeiten aller Bereiche und Systeme betrachtet und die Laststeuerung für die
einzelnen Transportsysteme berücksichtigt.
Anlagenkomponenten einer Förderanlage 1.2.2
Aufbauend auf den fünf abstrahierten Anlagenkernfunktionen, sind die Komponenten einer
Förderanlage nach dem Baukastenprinzip für Materialflussanlagen definiert. Die Idee
dahinter ist, dass die Elemente des Baukastens Förder-Komponenten sind, welche die
Kernanalgenfunktionen in abgeschlossene wiederverwendbare Einheiten kapseln.
Eine Förderanlage wird aus verschiedenartigen Anlagenkomponenten modelliert, sie
erhalten den Präfix ' A ' (in der englischen Nomenklatur Präfix ’C’ für Component). Die
Komponenten dienen zur Kapselung der Funktionen bei der Modellierung.
Abbildung 1.2: Anlagenkomponenten einer Förderanlage
Förderelement A:FE (Conveying Element C:CE)
Ein Förderelement ist die kleinste Komponenten-Einheit. Es besteht aus einem Antrieb für
die Hauptförderrichtung, den Antrieben für die abzweigenden Förderrichtungen sowie der
zugehörigen Sensorik. Es beinhaltet nur die Funktion Anlagensteuerung F:AS (bzw. Facility
Control F:FC). Die Ausprägung ist unmittelbar von der technischen Ausführung der
Förderelemente und der Informationsgeber abhängig.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 5
Fördergruppe A:FG (Conveying Group C:CG)
Eine Fördergruppe ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gruppe von Förderelementen
betreibt. Sie ist also eine Zusammenfassung von Förderelementen, die zusammen ein mehr
oder weniger komplexes Anlagengebilde darstellen, das nach außen als ein
Verzweigungspunkt erscheint. Dementsprechend besitzt die Fördergruppe eine
Richtungsentscheidungsinstanz F:RE (bzw. Direction Control F:DC) mit deren
Betriebsparametern.
Fördersegment A:FS (Conveying Segment C:CS)
Ein Fördersegment ist ein Zusammenschluss mehrerer Fördergruppen und bildet so eine
Einheit. In der Folge entsteht ein zunehmend komplexerer Materialfluss. Das Fördersegment
stellt daher für diese Gruppe die Funktion Fahrauftragsverwaltung F:FA (bzw. Mission
Management F:MM) bereit.
Förderbereich A:FB (Conveying Area C:CA)
Ein Förderbereich wiederum besteht aus einer Gruppe von Fördersegmenten. Innerhalb
dieses Bereichs wird die koordinierende Funktion der Ressourcennutzung F:RN (bzw.
Ressource Utilisation F:RU) bereitgestellt.
Abbildung 1.3: Förderkomponenten, die Anlagefunktionen in wiederverwendbare
Einheiten kapseln
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 6
1.3 Aufgabenzuordnung zwischen dem Transportsteuerungssystem und dem Material Flow Control System
Die Aufgabenzuordnung zwischen dem Transportsteuerungssystem (TSS) und dem Material
Flow Control System (MFCS) wird zum einen durch die rasante Hardware-Entwicklung
vorangetrieben und zum anderen durch die objektorientierte Programmierung. Die
Anlagennahen Förderkomponenten, welche die beschriebenen Anlagenfunktionen F:AS und
F:RE in wiederverwendbare Einheiten kapseln, bilden die Grundlage für die Modulierung des
TSS. Die Modellierung dieser gekapselten Einheiten zu einem TSS wird positiv unterstützt
durch die rasante Hardware-Entwicklung bei den MFCS, die Prozessreaktionszeiten < 15 ms
garantieren. Passend zu dieser Aufgabenzuordnung werden die Funktionsebenen F:FA,
F:RN, F:TK, die keinen Bezug mehr zu den fördertechnischen Komponenten haben, auf dem
MFCS abgebildet.
Abbildung 1.4: Aufgabenzuordnung zwischen dem Transportsteuerungssystem und dem
MFCS (siehe Kapitel 2)
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 7
Damit wird auch das eigentliche Ziel, die Wiederverwendbarkeit dieser MFCS-Komponenten,
erreichbar. Die industrielle Software-Entwicklung des MFCS mit dem Ansatz der
objektorientierten Programmierung, hier als Beispiel durch ein programmiertechnisches
Verfahren, dem Entwurfsmuster „die Brücke“ (siehe Kapitel 2.1).
Mit dieser Aufgabenzuordnung wird darüber hinaus eine Reduzierung der Komplexität
erreicht, was wiederum deutlich mehr Transparenz in der Software-Architektur schafft (siehe
Kapitel 2.1).
Anforderungen an die gewerkeübergreifende Kommunikation 1.3.1
Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ist es heute oftmals der Fall, dass bei einem Neu- oder
Umbau eines Distributionszentrums verschiedene Gewerke-Hersteller unter einem Dach
zusammenarbeiten. Diese Heterogenität der Lieferanten und deren Systeme bringt jedoch
gleichzeitig auch zusätzliche Reibungspunkte mit sich. So sind zwar die
Mindestanforderungen für den Informationsaustausch zwischen den SAIL-Komponenten in
VDI/VDMA 5100 dargestellt. Die Anforderung an eine Gewerke übergreifende
Kommunikation, zum Beispiel zwischen einem Hochregal-Lager (HRL), der HRL-Vorzone
und der Kommissionier-Anlage, sind jedoch nicht Gegenstand der Richtlinie.
Eine Integration verschiedener Lösungen der jeweiligen Gewerke-Hersteller in das
Gesamtgefüge erfordert ein gemeinsames Lösungsverständnis, denn die unkoordinierte
Funktions-Modulierung führt zur informellen Fraktionsbildung. Der Schlüssel sind klar
definierte Schnittstellen, sowohl zwischen den Gewerken als auch von den einzelnen
Gewerken zum übergeordneten MFCS. Eine heterogene Individualität in der Umsetzung der
Kopplung von Fremdsystemen wäre ein Rückschritt und verbunden mit einem extrem hohen
Engineering-Aufwand, der dann zur Kostenfalle werden kann.
Sind die Schnittstellen genau definiert, bringt das Vorteile für den Hersteller und den
Anlagenbetreiber. Der Lieferant kann seine Komponenten bereits bei der Herstellung
ausgiebig testen, lange bevor sie tatsächlich im Lager verbaut werden. Auch die
Fernwartung im After-Sales wird möglich, wenn alle Komponenten zentral angesprochen und
überprüft werden können.
Die Kopplung zu Fremdsystemen - z.B. zwischen dem HRL und einem Kommissionier-
System - wird über eine gesicherte Kopplungsschicht realisiert, die einen geblockten
Telegrammaustausch über Streamsocket auf TCP/IP (siehe Kapitel 4.2.4) ermöglicht.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 1 15.06.2016 Seite 8
Vorteile der Systemarchitektur 1.3.2
Die Vorteile der Systemarchitektur für Intralogistik-Anlagen lassen sich wie folgt
zusammenfassen:
Eine eindeutige Schnittstellendefinition an den Bausteingrenzen während der
Realisierungsphase.
Der Hersteller ist innerhalb der Funktionen an keine Konventionen gebunden.
Eine hohe Verfügbarkeit durch klare Funktionsabgrenzung in der Betriebsphase.
Eine risikoarme Austauschbarkeit funktional abgegrenzter Teilgewerke oder
Komponenten in der Modernisierungsphase.
Eine Wiederverwendbarkeit der gekapselten Einheiten
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 9
2 GESTALTUNG UND EINSATZ INNOVATIVER MATERIAL FLOW CONTROL SYSTEME
Die wichtigste Aufgabe des MFCS ist die Beauftragung von Fördersystemen mit
Fahraufträgen in einer Weise, die die Anlage optimal auslastet und die logistischen Prozesse
termingerecht bedient.
2.1 Die Materialflusssteuerung als Dienstleistung für ein Distributionszentrum.
Als Materialflusssteuerung, auch Material Flow Control System (MFCS), wird sehr häufig
eine direkt einer Förderanlage zugeordnete Auftragsverwaltung bezeichnet. Diese Sicht aber
wird der Aufgabe nicht gerecht, wenn in einem Logistikzentrum eine gewachsene
heterogene Struktur an Förderanlagen existiert, die erst in ihrem koordinierten
Zusammenwirken das optimale Betriebsergebnis ermöglicht.
Das MFCS erfüllt im engeren Sinne in der Welt der IT-Systeme von Logistikzentren, eine
zentrale Funktion, die jederzeit den optimalen Durchsatz der Anlage gewährleisten kann.
Dabei werden seine Funktionen einerseits von einer in der Regel investitionskosten-
optimierten Anlage oder einem Konglomerat verschiedener Anlagen und Ausbaustufen
genutzt, andererseits von den Funktionen des operativen Betriebs mit unterschiedlichen
Nutzungsstrategien. Dabei muss das MFCS in seinem Verhalten berechenbar und stabil sein
und jederzeit zur Laufzeit an neue Strategien, erweiterte Anlagen und neue Ideen angepasst
werden können. Dies setzt in der Materialflusssteuerung eine standardisierte Lösung voraus,
die flexibel genug ist, mit allen Anforderungen fertig zu werden oder die leicht auf neue
Anforderungen angepasst bzw. erweitert werden kann.
2.2 Transportdurchführung
Das MFCS hat primär die Aufgabe, bestehende, von anderen Systemen erzeugte
Transportaufgaben so durchzuführen, dass die Anlage nicht blockiert wird. Hierzu hat es den
Betriebszustand der Anlage und den Belegungszustand von Strecken, Punkten und
Transportressourcen zu beachten und die vorhandenen verfügbaren Fördermittel mit
entsprechenden Fahraufträgen zu beauftragen. Die Durchführung der Fahraufträge selbst ist
nicht Aufgabe des MFCS, sondern die der unterlagerten Steuerungen. Insbesondere muss
bei der Transportkoordination die Tatsache berücksichtigt werden, dass die
Belastungssituation aller Förderbereiche gemeinsam berücksichtigt wird. So ist
beispielsweise die oft anzutreffende Konstellation eines Staplerverkehrsbereiches mit einer
Palettenfördertechnik und einem automatischen Hochregallager gemeinsam zu steuern.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 10
2.3 Transportverwaltung
Die wichtigste Funktion des MFCS ist die Beauftragung von Fördersystemen mit
Fahraufträgen in einer Weise, die die Anlage optimal auslastet und die logistischen Prozesse
bestmöglich bedient. Beide Ziele können nicht unabhängig voneinander erreicht werden,
manchmal entstehen Zielkonflikte. Führend ist immer der logistische Prozess: Die
termingerechte und vollständige Auslieferung von Ware ist das Primärziel, an dem sich
sowohl die Gestaltung der Anlage als auch deren Betrieb zu orientieren hat. Die optimale
Auslastung der Anlage durch das MFCS ist diesem Ziel untergeordnet. Es wird sichtbar: Die
Transportverwaltung ist die zentrale Instanz zur Überwachung, Beauftragung und
Koordination aller Transportaufträge und Transportressourcen.
Abbildung 2.1: Aufgabenzuordnung des MFCS
In diesem Kontext ist es der nächste logische Schritt, eine Funktion „Fahrauftragsverwaltung“
zu verwenden, die NICHT im Transportsteuerungssystem beheimatet ist, sondern direkt im
MFCS selbst. So kann eine doppelte Datenhaltung vermieden werden und entsprechende
Reaktionszeiten werden möglich.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 11
2.4 Abbild der Förderanlage in einem MFC-System
Das MFC-System ist die zentrale Instanz zur Überwachung, Beauftragung und Koordination
aller Transportaufträge und Transportressourcen. Innovative MFCS berechnen in Echtzeit
den schnellsten Weg durch eine Förderanlage und bestimmen, immer unter
Berücksichtigung der verfügbaren Anlagenressourcen, die effektivsten Wege.
Die Prämisse: „Das MFCS berechnet in Echtzeit (realtime) den kürzesten Weg zum
Zielpunkt“, erfordert eine hierarchisches Konzept mit folgenden Punkten:
Modellentwicklung 2.4.1
Die Fördertechnik wird als Netz von Wegen und Punkten abgebildet. Diese statischen Daten
werden als Anlagenabbild im MFCS abgelegt.
Abbildung 2.2: Anlagenabbild. Mit Hilfe einer graphischen Oberfläche wird das Anlagenbild im
MFCS abgelegt
Rekursives Routing – Routengenerator 2.4.2
Aus den statischen Daten wird durch ein spezielles Routing der kürzest mögliche Weg zum
Zielpunkt berechnet. Der Routengenerator erzeugt das Kursbuch: Quelle/Ziel-Beziehungen.
Die Routentabelle wird im MFCS im Hauptspeicher abgelegt.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 12
Abbildung 2.3: Routing-Tabelle
Durch den Einsatz der Routingtabelle, der stetigen Software-Optimierung und immer
potenterer Hardware werden heute in der Praxis Prozessreaktionszeiten <15 ms erreicht.
Dabei gelten die Grundregeln:
Ein Fahrauftrag wird vergeben, wenn auf der Strecke bis zum nächsten Zielpunkt die
Kapazität ausreicht.
Mit der Beauftragung wird der Quellplatz entlastet, der jetzt wieder neu belegt werden
kann, indem ein wartender Transportauftrag zu diesem Punkt aktiviert wird.
Methoden zur Bildung von optimalen Fahraufträgen 2.4.3
Was hilft das beste Routing, wenn keine planbaren Aufträge vorhanden sind? Abgeleitet aus
der Praxis eignen sich die folgenden Methoden zur Bildung von optimalen Fahraufträgen
(siehe Kapitel 5.3):
Mithören am Bestelltopf
frühzeitig Nachschub auslösen und an das MFCS weiterleiten
Batchkommissionierung
Raffen von Kundenaufträgen, Mehrfachzugriff auf einen Artikel
Zeitscheibenbildung
termingerechte Tourenbereitstellung im Warenausgang
Reservierung von Eilbatches
zeitgesteuertes Einschleusen in den Tagesablauf
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Kapitel 2 15.06.2016 Seite 13
2.5 Fehler in der Planungsphase bei MFC-Systemen
Das Material Flow Control System ist das Herzstück eines komplexen Warehouse
Management Systems. Erst ein optimiertes und störungsfreies Routing ermöglicht die
Wirtschaftlichkeit eines Lagers. Genau deshalb sind eine saubere Planung und Umsetzung
des MFCS eine unverzichtbare Voraussetzung für ein erfolgreiches WMS-Projekt. Leider
wird genau an dieser Stelle oft versäumt, den Kunden bereits im Vorfeld auf den richtigen
Weg zu leiten.
Häufige Fehler in der Praxis sind unter anderem:
für einen einfachen, geradlinigen Materialfluss wird zu wenig Zeit verwendet
hochkomplexe Sonderwünsche werden hochgespielt
aus Planungsunsicherheit werden viele Funktionen für wenig Geld angestrebt
für systemverbessernde Maßnahmen nach der Hochlaufphase ist kein Budget mehr
eingeplant
Betriebszustände
Über die Diskussion der möglichen Parametrierbarkeit des MFCS wird oftmals die Frage
gestellt: In welchem Betriebszustand wird welche Zuteil-Strategie für Aufträge auf freie
Ressourcen verwendet? Mögliche Strategien sind beispielsweise:
FIFO-Steuerung (First-in-first-out-Steuerung)
PRIO-Steuerung (Prioritätssteuerung)
FIFO in der Prioritätssteuerung
Ressourcensteuerung
Die Erfahrung zeigt: Ein komplexes MFCS ist auch von bestausgebildetem Leitstandpersonal
nicht manuell steuerbar. Daher hat sich eine Mischlösung bewährt:
Auf der Förderstrecke FIFO-Steuerung, bei der Auslagerung vom HRL PRIO-Steuerung.
Kennzahlen
Bei der Definition und Zielvorstellung, mit welchen Kennzahlen das MFCS bewertet werden
soll, kommt oft der Wunsch nach einer Vielzahl von Statistiken auf. Dies birgt bei der
Planung verschiedene Probleme:
Langwierige Diskussionen in der Pflichtenheft-Phase und der anschließenden
Anforderungsanalyse.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 14
Die Logistiker und Entwickler vergeuden wertvolle Zeit, die dann in der Konstruktions-
und Implementierungsphase fehlt (siehe Kapitel 5 „Geschäftsprozesse“).
Nach der Hochlaufphase ändert sich die Fragestellung häufig erneut.
Hier gilt, dass aus dem Analysemodell für die Geschäftsprozesse von WE bis WA, durch
eine industrielle Planung (Software Follows Funktion) alle Arten möglicher Ereignisse
definiert sein sollten. Damit erfolgt als Zielvorstellung die Auswertung und Datenverdichtung
dezentral auf PC-Basis (siehe Kapitel 5 und Kapitel 6).
2.6 MFC-Systeme in der Praxis - Herausforderungen und Kostentreiber
In Projekten fehlt oft die klare Aufgabenteilung zwischen dem Transportsteuerungssystem
und dem MFCS. Entgegen der Fehleinschätzung vieler Projektverantwortlicher hat sich die
Aufteilung:
- Ein Ansprechpartner für die Anlagensteuerung und
- ein Ansprechpartner für das MFCS (Logik auf dem MFCS)
in der Praxis bewährt.
Vermeidung von Schnittstellenvielfalt im Projekt 2.6.1
Bei unterschiedlichen Gewerkelieferanten im Projekt, bei dem jeder Lieferant seine
Schnittstelle zu den Fremdgewerken durchsetzen will, herrscht eine heterogene
Individualität, die schnell zum Kostentreiber werden kann. Die homogene Integration
erfordert ein gemeinsames Lösungsverständnis.
Nach heutigem Stand der Technik wird die Kopplung zu Fremdgewerken, auch zu SPSen,
über eine gesicherte Kopplungsschicht realisiert, die einen geblockten Telegrammaustausch
über Streamsockets auf TCP/IP abwickelt. Der Nachrichtenaustausch und der
Quittungsverkehr erfolgen dabei über einen einzigen Socket (Kapitel 4.2.4).
Die Vorteile liegen auf der Hand:
Ein Streamsocket auf TCP/IP ist weltweit problemlos nutzbar und auf jeder Plattform
einsetzbar.
Die Administration ist einfach (Firewall, Tunneling, siehe Kapitel 4.2.3).
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Kapitel 2 15.06.2016 Seite 15
Hohe Effizienz und Transparenz bei Inbetriebnahme und Wartung 2.6.2
Zwei der großen Herausforderungen in Intralogistik-Projekten, die Inbetriebnahme und die
Wartung, werden entschärft, wenn alle Gewerke-Lieferanten ein gemeinsames
Lösungsverständnis entwickeln und sich auf gemeinsame Schnittstellen verständigen. Mit
dieser Maßnahme wird auch die geforderte Transparenz des Betreibers für den laufenden
Prozess erfüllt. Darüber hinaus erwartet der Betreiber einen Remote-Zugriff und den Einsatz
von flexiblen Wartungstools (vgl. Kapitel 1.3.1 Anforderungen an die gewerkeübergreifende
Kommunikation).
2.7 Aspekte der Wiederverwendbarkeit bei der Softwareentwicklung moderner Materialflusssysteme
Im Rahmen der Wiederverwendbarkeit sind die Verfahren um die Standardsoftware und
Standardsoftwarebausteine zu einem lauffähigen Kundensystem zusammenzustellen von
enormer Wichtigkeit. Die dabei verwendeten Customizing-Verfahren unterteilen sich in:
Programmtechnische Verfahren und
Datentechnische Verfahren
Unter den Programmtechnischen Verfahren ist das Entwurfsmuster (englisch: Design
Pattern) eine bewährte Schablone für eine wiederverwendbare Vorlage zur Problemlösung.
Entstanden ist der Begriff in der Architektur und wurde später für die Software-Entwicklung
übernommen (Kapitel 6.1.1).
Verbindung von Transport- und Platzverwaltung über die Klasse LTG 2.7.1
Die Komponenten „Transportverwaltung“, „Platzverwaltung“ und „Bestandsverwaltung“
definieren jeweils die abstrakte Klasse „TransportGut“, „LagerGut“ und „Stock“. Die zentrale
und konkrete Klasse „Lager-Transport-Gut (LTG)“ vereint dabei die drei Aspekte: Lagerung,
Transport und Nutzung. Entsprechend ist die Klasse LTG aufgebaut (Abbildung 2.4).
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Abbildung 2.4: Zentrale Klasse LTG
Anwendung des Entwurfsmusters „Brücke“
Unter Zuhilfenahme des Entwurfsmusters „Brücke“ (englisch: Bridge), einem
objektorientiertem Strukturmuster, lässt sich die konkrete Klasse mit der abstrakten Klasse in
Verbindung bringen. Zweck einer Brücke ist es, die Abstraktion von der Implementierung zu
entkoppeln, sodass beide unabhängig voneinander variiert werden können. Dadurch ist es
möglich, einen getesteten Standard-Software-Baustein zu generieren, der alle transport- und
lagertechnischen Fragestellungen abdeckt und somit zielführend für die innovative MFCS-
Entwicklung ist.
Im Falle der Komponenten Transportgut und Lagergut sind diese immer als
Bestandseinheiten zu betrachten und unterliegen somit der Bestandsverwaltung.
Abbildung 2.5: Verbindung von Transport- und Platzverwaltung über die Klasse LTG
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 17
Die Klasse LTG ist aufgrund ihrer Einbindung in die Transport- und Platzverwaltung in der
Lage, alle transport- und lagertechnischen Aufgabenstellungen zu erfüllen. Zielführend ist
dabei die Wiederverwendbarkeit dieser getesteten Software (Abbildung 2.5).
Anwendungsdomäne / Anwendungsbestimmte Software 2.7.2
Die Anwendungsdomäne bewältigt alle Aufgaben und Geschäftsprozesse der Intralogistik
(siehe auch Kapitel 6). Mit dem architektonischen Konzept der Komponentenorientierung
gelingt mit den beschriebenen Komponenten Transport-, Platz- und Bestandsverwaltung
eine unabhängige Lösung für einen Teilaspekt einer Anwendungsdomäne (Abbildung 2.6).
Abbildung 2.6: Teilaspekte einer Anwendungsdomäne
TWS-Plattform 2.7.3
Für ein lauffähiges Kundensystem spielt die in Abbildung 2.7 dargestellte TWS-Plattform die
zentrale Rolle. Sie ist quasi das Bindeglied der abstrakten und unabhängigen Komponenten
und konkretisiert deren Teilaspekte. Die TWS-Plattform adressiert immer alle Aspekte einer
intralogistischen Anwendungsdomäne und ist in sich nach Aspekten strukturiert. Die TWS-
Plattform macht architektonische und strukturelle Vorgaben (Frameworks) und unterstützt
verschiedene Customizing-Technologien (siehe Kapitel 6). Mit diesem Ansatz wird das MFC-
System als IT-Baustein auf die TWS-Plattform mit den Basisdiensten aufgesetzt.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 18
Abbildung 2.7: Einordnung des MFCS in die Systemlandschaft (Innovativer Ansatz)
Diese Software-Entwicklung nach industriellen Maßstäben:
erhöht die Planungsintelligenz bei intralogistischen Systemen,
führt zu Best-Practice-Lösungen und
ermöglicht Kosteneinsparungen und Risikominimierung durch den Gewerke
übergreifenden Einsatz der neuen MFCS-Technologie.
2.8 Auf dem Weg zur Schaltschranklosen Fabrik
Ist eine Prozessreaktionszeit < 15 ms gewährleistet, gelingt ein neuer Ansatz: „Die
Steuerungslogik wandert aus dem Schaltschrank zur Physik“. Der Materialflussrechner kann
jetzt direkt über Industrial Ethernet (TCP/IP) mit den Förderelementen im Lager verbunden
werden, wenn jedes Förderelement seine eigene Anlagensteuerung F:AS besitzt. Durch den
gesetzlich vorgeschriebenen Einsatz von Energiesparmotoren seit 2011 ist die Integration
der Anlagensteuerung F:AS in die Antriebssteuerung ein logischer Schritt.
Überträgt man diese Idee in die Praxis, ist es leicht vorstellbar, welches Potenzial sich
dahinter verbirgt. Im Schaltschrank bleibt letztlich nur noch die Energieeinspeisung übrig. Ein
ganz großer Vorteil dabei: es findet keine doppelte Datenhaltung mehr statt. Die komplette
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 2 15.06.2016 Seite 19
Informationsverwaltung liegt nun im Warehouse Management System und dem integrierten
Materialflussrechner.
Abbildung 2.8: Die Vorteile der Schaltschranklosen Fabrik
Die Förderelemente können direkt beim Hersteller gefertigt und getestet werden, inklusive
der Anlagensteuerung F:AS, so erklärt sich die Bedeutung des Satzes „Die Steuerungslogik
wandert aus dem Schaltschrank zur Physik“. Die Montage und Inbetriebnahme beim Kunden
ist dann nur noch die Kür, da die Elemente auf Grundlage des SAIL-Standards gefertigt und
bereits getestet sind. Sie können jetzt problemlos vor Ort installiert und über TCP/IP mit dem
Materialflussrechner verknüpft werden. Auch nach der Erstinstallation können so
Förderelemente und Lagerleistung umgehend und komplikationslos den aktuellen
Marktanforderungen angepasst werden. Komplexe und starre Förderanlagen mit
aufwendigen SPS-Steuerungen könnten dann schon in absehbarer Zukunft der
Vergangenheit angehören (Abbildung 2.8).
IT-Grundlagen der Logistik
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Abbildung 2.9: Die Vorteile der Schaltschranklosen Fabrik
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Kapitel 3 15.06.2016 Seite 21
3 WARENIDENTIFIKATION – ANWENDUNG IN DER LOGISTIK
3.1 Identifikation
Unter Identifizierung versteht man das eindeutige, zweifelsfreie Erkennen eines Objektes.
Dies entspricht der Formulierung der DIN 6763 in der die Identifikation definiert ist.
Zur eindeutigen Identifikation jedes Objektes wird einem Objekt ein Datenträger bzw.
Informationsträger (Barcode oder RFID) angebracht, der bei Bedarf ausgelesen und
beschrieben werden kann. Entlang der Geschäftsprozesse ist die codierte Information das
Bindeglied zwischen dem Informationsfluss und dem Materialfluss und trägt bei der
Kommunikation zwischen Mensch und Maschine zur Fehlervermeidung bei.
Identifikations-Systeme mit optischen Datenträgern 3.1.1
Noch werden die meisten Identifikationsaufgaben in der Logistik und Distribution mit
optischen Datenträgern gelöst. Die Gründe dafür sind, dass sich die optischen Datenträger
sehr günstig herstellen lassen und das für die Codiertechnik weltweit gültige Standards
existieren, z.B. der GS1-Standard, ein 1 D-Code (Strichcode bzw. Barcode). Barcodes bzw.
Strichcodes basieren auf dem Binärsystem, welches durch eine bestimmte Anzahl von
parallelen, abwechselnd schwarzen Balken (Bars) und weißen Lücken (Spaces) in
unterschiedlichen Modulbreiten dargestellt werden.
Vorteile von Strichcodesystemen in der Logistik:
Berührungslose Datenerfassung im Prozessverlauf
Trägt bei der Mensch-Maschine-Kommunikation zur Fehlervermeidung bei
(siehe Kapitel 5.3.2.3 „Mensch-Maschine-Kommunikation“)
Flexible und schnelle Erstellung von Etiketten
Mit Klarschrift zusammen auf einem Datenträger kombinierbar
Kostengünstiges Datenträgermedium (bedrucktes Stück Papier)
1 D-Code in Ausführung als OCL-Barcode 3.1.2
Werden im WE eines Distributionszentrum LEs mit SSCC-Labels unterschiedlicher Hersteller
ausgeliefert und sollen im Durchlauf automatisch erfasst werden, muss mit folgenden
Einschränkungen gerechnet werden (siehe Abbildung 5.6):
a) Die aufgebrachten SSCC-Labels müssen omnidirektional erfasst werden (unabhängig von der Ausrichtung der Ware)
b) Eine mangelhafte Druckqualität in Verbindung mit Transportschäden des SSCC-
Labels führen im laufenden Förderfluss zu unkalkulierbaren Leseraten
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 3 15.06.2016 Seite 22
c) Die omnidirektionale Lesung im laufenden Förderfluss mittels CCD-Kameras, kann
durch den Einsatz durch Applizieren eines vorgefertigten Over-Corner-Label (OCL)
preisgünstiger gestaltet werden (Vermeidung von Kostentreibern).
Der nächste Schritt im Prozess- und Datenfluss ist, die erfassten SSCC-Daten und die vom
WMS ermittelten Zielkoordinaten mit dem OCL zu verknüpfen und auf einer Datentabelle des
MFCS zu hinterlegen. Mit diesem vorgedruckten datenreduzierten OCL wird im Förderfluss
eine hohe Lese-Rate erreicht – egal ob das Fördergut längs oder quer gefördert wird
(siehe Kapitel 5.2.1 „Lieferavis mit automatischer Datenerfassung im WE“).
Abbildung 3.1: Applizierung des OCL im Wareneingang (inbound)
Global Standard One (GS1) 3.1.3
Standards sind heutzutage in jeder Branche, in jedem Unternehmen, unabdingbar.
Entlang der unternehmensübergreifenden Geschäftsprozesse ist der GS1-Standard, als
codierte Information das Bindeglied zwischen dem Informationsfluss und Materialfluss.
Bereits 1977 wurde die dazu notwendige Grammatik einer einheitlichen „Sprache“
gemeinsam von der internationalen Artikel Numbering Association (EAN international) in
Brüssel und dem Uniform Code Council (UCC) heute GS1 in den USA verbindlich festgelegt
und ist mittlerweile in über 100 Ländern akzeptiert.
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3.1.3.1 GS1 Complete
Alle Beteiligten entlang der Supply Chain sollten der Organisation GS1 angehören, welche
weltweit einheitliche Vorraussetzungen der Warenidentifikation garantieren kann:
GS1 Complete stellt hierfür die weltweit gültigen, branchenübergreifenden GS1 Standards
für Identifikation, Datenträger, elektronische Kommunikation und Prozessgestaltung komplett
in einem Leistungspaket zur Verfügung.
Am Anfang steht der Erwerb des Herstellers einer GTIN (Globale Trade Item Number)
welche die GLN (Global Location Number) beinhaltet. Beide Nummern - GTIN und GLN -
sind im 13-stelligen GTIN/EAN-Code kombiniert, und gewährleisten, daß jedes Produkt
exakt zurückverfolgt werden kann:
Abbildung 3.2: GTIN/EAN 13
Durch die Einmaligkeit der Ziffernfolge dieses Barcodes kann an jeder Lokation entlang der
Versorgungskette die Information, wann, wo und von wem ein Artikel hergestellt wurde,
einfachst ermittelt werden (siehe Abbildungen 3.3 und 5.5).
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 3 15.06.2016 Seite 24
Abbildung 3.3: Prinzip GS1
Dieser Vorgang ist heute leider noch nicht selbstverständlich. Häufig entstehen bei der
Analyse dieser Geschäftsprozesse (siehe Kapitel 5) vermeidbare und immense
Kostentreiber, und es kommt auch des Öfteren zu unerwünschten Überschneidungen bez.
der Dateninformation.
Und richtige Information ist alles.
Werden die Produkte in Versandeinheiten (wie Kartons oder auf Paletten) transportiert, sollte
der SSCC (Serial Shipping Container Code) Verwendung finden. Auf dieser Nummer der
Versandeinheit werden alle Elemente gemeinsam gespeichert.
Es handelt sich dabei um eine weltweit eindeutige und unverwechselbare 18-stellige
Ziffernfolge, mit der es möglich ist, Sendungen vom Versender bis hin zum Empfänger
unternehmensübergreifend nachzuvollziehen (Abbildungen 3.3 und 3.4).
Jeder Artikel erhält so ein unverwechselbares Etikett, das ihn innerhalb einer bestimmten
Verpackungshierarchie identifiziert.
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Abbildung 3.4: Codeaufbau und Beschreibung eines SSCC (GS1-128)
Unter Einbeziehung des warenbegleitenden Informationsflusses (Daten-Avisierung) mittels
elektronischen Datenaustauschs (EDI), stellen die Möglichkeiten der Nutzung des SSCC
eine „Königslösung“ dar, da beim Waren-Empfänger keine komplizierte Warenvereinzelung
stattfinden muss, und somit hohe Kosten (Lagerfläche, Zeit, Personal) entfallen (Abbildung
3.3 und Kapitel 5.2.1).
Alle drei Elemente - GLN, GTIN und SSCC - spiegeln sich im GS1-Standard wieder, und
sorgen für eine einfache, einheitliche und überschneidungsfreie Warenidentifikation und
somit einer sauberen Datenhaltung innerhalb des gesamten Logistik-Prozesses (Abbildung
3.5).
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 3 15.06.2016 Seite 26
Abbildung 3.5: GLN, GTIN und SSCC im Verband GS1
Durch Angabe des SSCC als zentraler Zugriffsschlüssel auf Packstücke im elektronischen
Datenaustausch, kurz EDI (siehe Kapitel 5.2.1 “Lieferavisierung im Wareneingang“), wird
sichergestellt, dass auf allen Ebenen der Lieferkette ein Ident für ein Packstück vergeben ist.
Der SSCC (GS1-128) ist 18-stellig (ohne Miteinbeziehung des Datenbezeichners 00).
Die Zahl 128 deutet auf die Anzahl der möglichen Zeichen, die durch diesen Code abgebildet
werden können (Abbildung 3.6).
Abbildung 3.6: Datenbezeichner-Tabelle (Ausriss)
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3.2 Lesegeräte
Die optische Codierung der jeweiligen Objekte entlang der Geschäftsprozesse werden durch
Scanner und/oder CCD-Kameras erfasst, decodiert und zur Weiterverarbeitung an das
MFCS oder WMS-System übergeben.
Strichcode-Laserscanner 3.2.1
Heutzutage sind Halbleiterlaser im Lichtwellenbereich von ca. 670 nm bis 1,6 µm betreibbar,
wobei die Lichtwellenlänge vom verwendeten Halbleiter abhängt. Aufgrund seines sichtbaren
Laserstrahls ist der GaAs-Halbleiter derzeit der einzige Laser aus dieser Gruppe, der in der
Lesetechnik verwendet wird. Sichtbares Licht ist notwendig, um die Justierung von
Laserscannern ohne zusätzliche Maßnahmen zu realisieren.
Laser erzeugen einen kontinuierlichen Strahl von kohärentem und planparallelem Laserlicht.
Dieser Laserstrahl trifft auf einen Schwingspiegel, ein rotierendes Polygonrad oder andere
optische Systeme. Dadurch entsteht auf der abzutastenden Oberfläche beim
Einstrahlscanner eine sichtbare rote Abtastlinie, beim Raster-Laserscanner ein Bündel von
projizierten parallelen Linien. Befindet sich ein Strichcode in der Leseebene, wird die
Reflexion der Lücken stärker und die der Striche schwächer reflektiert.
Das reflektierte Licht wird dann von einer Empfangsoptik (Sammellinse) erfasst und mittels
Empfangseinheit (Photo-Transistor) in eine elektrische Impulsfolge umgewandelt, verstärkt
und zwischengespeichert. Erst nach mehrfacher identischer Lesung und Auswertung incl.
Prüfzifferermittlung wird die Lesung als richtig definiert und über eine gesicherte Schnittstelle
mittels dem übertragenen Netzwerk als Information der Empfängeradresse übergeben (siehe
Kapitel 4.2.4).
Einsatz der Laser-Technik in der Logistik:
a) Festinstallierte Systeme, z.B. an I-Punkten (siehe Abbildung 5.6)
Abbildung 3.7: Stationärer Scanner an Verzweigepunkt an Fördertechnik
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Kapitel 3 15.06.2016 Seite 28
b) Mobile Datenerfassungs-Einheiten, z.B. bei der MDE-Kommissionierung (Kapitel 5)
Abbildung 3.8: Mobile Datenerfassung im Ersatzteilbereich Aviation
c) Ringscanner in der Smart-Mobile Logistik (Kapitel 4.3)
Abbildung 3.9: Smart Mobile-Logistik
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CCD-Sensoren 3.2.2
CCD-Sensoren gehören zu den Festkörper-Bildempfängern. Es handelt sich dabei um
hochintegrierte Halbleiterschaltkreise, welche die drei Funktionen fotoelektrische
Bilderfassung, Speicherung und Auslesung beinhalten und in einem Bauteil gespeichert und
transportiert werden.
Das CCD-Prinzip (Charge Coupled Device - d.h. ladungsgekoppelte Elemente) werden in
der Logistik wie folgt angewendet:
a) Als CCD-Zeilensensor (Zeilenförmiger Bildaufnehmer)
Als Bespiel löst ein 8 k CCD-Zeilensensor 0,1 mm (254 dpi) auf einer geforderten
Förderbreite von 800 mm auf. Etikettendrucker haben eine Auflösung von 200-250 dpi.
Bei einer Scannrate von 16.000 Scans/s kann bis zu einer Fördergeschwindigkeit von 2,3
m/s gelesen werden (Abbildung 3.10).
Abbildung 3.10: Prinzipskizze eines CCD-Scanners mit 8k CCD-Zeile
b) Mit einer CCD-Matrixkamera (z.B. 1280 x 960 Pixel) optischer Empfänger werden
Strichcodes zweidimensional als vollständiges Bild aufgenommen.
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Abbildung 3.11: CCD-Kameras im Einsatz: Mehrseiten-Warenidentifikation,
Wiegung und Vermessung von Collis im Wareneingang
3.3 RFID – Radio Frequency Identification Device
Mit der RFID-Technik können die Identifikationsaufgaben in der Logistik und Distribution
durch elektronische Datenträger (Tags) erweitert werden.
Die RFID-Technik identifiziert den Tag kontaktlos über Funk.
Ein RFID-System besteht aus zwei Komponenten:
Transponder (Tag) mit Daten Transmitter - Responder: Sende-Antwortgerät (Kunstwort)
Lesegerät- Auswerte-Einheit (das trotz seines Namens bei Einsatz aktiver Tags sowohl die Information auslesen und den Tag beschreiben kann)
RFID - Die Frequenz-Problematik 3.3.1
RFID- Technologie-Einsatz ist international gesehen noch durch die Nutzung von
unterschiedlichen Frequenzbereichen eingeschränkt nutzbar. In der EU hat sich das
Frequenzband mit 868 MHz durchgesetzt. In den USA dagegen das Frequenzband mit 915
MHz (915 MHz entsprichte der Bandbreite für Mobilfunk in Europa). Im Mikrowellen-Bereich
ab 2,4 GHz nutzen China, Japan, Korea nochmals andere Frequenzbereiche (Abbildung
3.12 „Übersicht über die Frequenzbereiche“).
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 3 15.06.2016 Seite 31
Abbildung 3.12: Übersicht über die Frequenzbereiche
3.3.1.1 RFiD-Systeme der Trägerfrequenz 13.56 MHz
Weltweit werden RFID-Systeme mit der Trägerfrequenz 13,56 MHz genutzt.
Die Übertragung der Energie und Daten findet durch elektromagnetische Wellen im
Kommunikationsbereich bis 1,0 m zwischen der Auswerteeinheit und dem Tag, mit dem
Smart Label statt (Vicinty Standard der ISO 15693).
Diese Smartlabels sind als ultraflache Transponder mit Antenne und integrierten Schaltkreis
IC auf einer Folie aufgebracht. Der IC enthält einen Speicher für eine eindeutige
Identifikationsnummer (GUID = Globally Unique Identifier) und die Funktionen zur
berührungslosen Datenübertragung.
Vorteile:
Weitgehende Lageunabhängigkeit beim Lesevorgang der Smart-Labels
Identifizierung von Fördermitteln bei denen das Smart-Label in das Material
eingearbeitet sind. Beispielsweise Behälter-, Taschenidentifikation (Taschensorter)
Das HF-Feld 13.56 MHz wird im Vergleich zu den UHF-Feldern weniger durch
Flüssigkeiten gedämpft (Einsatz in der Pharmaindustrie, z.B. Seriennummer enthält
die individuelle Kennzeichnung jedes einzelnen Produktes, jede einzelne
Arzneimittelverpackung erhält eine eigene einmalige Nummer)
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Nachteile:
Preis pro Tag muss akzeptiert werden
Keine flexible und schnelle Erstellung von Tags
Tag nicht kombinierbar mit Klarschrift
3.3.1.2 EPC: Electronic Product Code
Durch die technische Ausprägung der Smartlabels mit dem eindeutigen
Identifikationsschlüssel dem Electronik Product Code (EPC) ist die Kompatibilität zum Globel
Standart One (GS1) gegeben. Damit ist eine durchgängige Nutzbarkeit in der gesamten
Supply Chain gegeben (Abbildung 3.13 „Kompaibilität GS1 und EPC“).
Der EPC-Code ermöglicht eine eindeutige Kennzeichnung von Waren und wird als
Nachfolger des GTIN (EAN-Barcodes) gesehen. Im Gegensatz zum GTIN-System ist es mit
dem EPC möglich, jedem einzelnen Artikel eine eindeutige Nummer zuzuordnen (Beim EAN
verfügt nur jede Artikelart über eine eigene Nummer).
Abbildung 3.13: Kompatibilität GS1 und EPC
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Kapitel 3 15.06.2016 Seite 33
Über die weltweit normierten Protokolle der Luftschnittstelle von RFID-Systemen (EPC Air
Standard) wird die Entwicklung zur Pulkerfassung vorangetrieben. Dabei wird mit
verschiedenen Auswerte-Einheiten basierend auf dem verwendeten Protokolltyp gearbeitet
(Multi-Indent-Fähigkeit).
Mit Hilfe der Multi-Ident-Fähigkeit sollen sich manuelle Zähl-, Scann-, Erfassungs-, und
Kontrollvorgänge entlang der Supply Chain-Abwicklung vereinfachen lassen (Abbildung
3.14). Im Fokus der Intralogistik stehen die Geschäftsprozesse Warenein- und
Warenausgangabwicklung.
Abbildung 3.14: RFID-Einsatz entlang der Supply Chain
3.3.1.3 Electronic Printing von RFID-Tags
Mehrere europäische Forschungseinrichtungen arbeiten an der polymerelektronischen
Technologie. Schwerpunkte sind dabei der Einsatz von Materialien auf der Basis organische
rHalbleiter in Verbindung mit amorphen Schwermetall-Multikomponenten.
Abbildung 3.15: Gedruckte Tags (Bildquelle: www.polyic.de, 2015)
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 3 15.06.2016 Seite 34
Ein erster, wichtiger Fertigungsschritt, ist das Bedrucken der Antennen von RFID-Tags.
Herausforderungen für das Electronic-Printing von RFID-Tags sind:
Kostengünstige Prozesse (Drucken statt Lithographie).
Preisziel für die Herstellung des Tags unter 1 Cent.
Low-Cost-Electronic für alltägliche Dinge, direkt auf die Verpackung druckbar
Flexibel, leicht, bruchsicher
Kritische Anmerkung zur Umweltverträglichkeit:
Nach EU-Recht muss Elektroschrott recycelt werden, dazu kommen noch die amorphen
Schwermetalle, die einer gesonderten Entsorgung unterliegen.
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 35
4 DATENKOMMUNIKATION IN DER INTRALOGISTIK
4.1 Bedeutung von Information in der Intralogistik
Eine Information beschreibt den Inhalt einer Nachricht, die für die Empfängeradresse von
Wert ist. Dabei kann die Empfängeradresse sowohl ein Mensch als auch eine Maschine
sein. Hier muss schon bei der Software-Entwicklung stark darauf geachtet werden, dass die
versendeten, bzw. empfangenen Informationen keine redundanten oder irrelevanten
Nachrichten enthalten. Eine gute Software-Architektur schafft Transparenz (siehe Kapitel
6.1.1).
Die Bedeutung von Information in der Logistik teilt sich in zwei Bereiche auf (Abbildung 4.1).
Auf der einen Seite stehen der operative Bereich mit seinem Produktionsfaktor
(beispielsweise dem Wareneingang via Electronic Data Interchange (EDI) in Verbindung mit
dem GS1-Standard (siehe Kapitel 3.1.3), auf der Anderen agiert der strategische Bereich mit
dem Wettbewerbsfaktor (z. B. mit der Betrachtung per ECR - Efficient Consumer Response -
siehe Kapitel 4.1.1).
Abbildung 4.1: Bedeutung von Information in der Logistik
In Zukunft werden der Logistik Informationen über das Cloud-Computing bereitgestellt,
was wiederum ein Umdenken in der Praxis erfordert:
Denn im Gegensatz zur Cloud müssen beim sogenannten „taktilen Internet“ die online
bereitgestellten Informationen näher an den Nutzer gebracht werden.
So erfordern Anwendungen wie die Steuerung und Datenverwaltung von automatischen
Kleinteile-Lagern in Kombination mit Shutle-Systemen, im Geschäftsprozessmodul
zweistufige Kommissionierung, extrem niedrige Reaktionszeiten (von End zu End: deutlich
unter zehn Millisekunden, Kapitel 5.3.2).
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 36
Echtzeiten-Anwendungen werden daher, um Latenzen zu vermeiden, noch lokal in den
Distributionszentren gehalten. Letztere sind aber bereits über Intranet (lokale
Standleitungen) miteinander verbunden.
Hinsichtlich des Datenschutzes muss aber von einer globalen Vernetzung im Sinne von
Industrie 4.0 gepaart mit dem Internet der Dinge abgeraten, oder zumindest der Ansatz mit
dem Anwender gemeinsam diskutiert werden.
Nötige Sicherheitsmechanismen mit Industriestandards gibt es bisher noch nicht, lediglich
Insellösungen liegen vor.
ECR - Efficient Consumer Response Informationskreislauf 4.1.1
Efficient Consumer Response, kurz ECR, betrachtet die informelle Versorgungskette vom
Hersteller bis zum Abverkauf unter dem Aspekt der Verbraucherbedürfnisse und des
maximalen Kundennutzens. Damit die Betrachtung, sowie die Auswertungen der
gesammelten Erkenntnisse (Informationen) allen beteiligten Unternehmen/Gewerken von
Nutzen sind, spricht man von einer ECR-Kooperation. Sie ist für alle an der
Versorgungskette beteiligten Unternehmen verpflichtend - wenn im Verbund beschlossen.
So werden mit den schlüssigen Informationen bei der Produktion von Ware, beim Transport
der Ware, beim Lagern der Ware und beim eigentlichen Management der Ware Aufwände
und Kosten auf das Nötigste reduziert. Berücksichtigt werden beispielsweise:
Verkaufsprognosen, Trendeffekte, Saisoneffekte, Umsatzplanung und Marktaktivitäten. Sie
werden vom Händler zum Hersteller transportiert, der diese Informationen analysiert und
folglich die Produktion so steuert, dass Ressourcen im Vorfeld geschont werden. In der
Automatisierung spricht man auch von Lean Industry.
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 37
Abbildung 4.2: ECR - Efficient Consumer Response
Electronic Data Interchange EDI 4.1.2
EDI ermöglicht es, Hersteller, Lieferanten und Handel elektronisch zu verbinden und ist somit
für die Bestell-Abwicklung und bei der Liefer-Avisierung einsetzbar (siehe Abbildung 4.3).
Mit der Liefer-Avisierung per EDI über das verbundene Extranet dokumentiert der Lieferant
den Versand der Ware inklusive der Ankündigung, wann diese beim Kunden ankommt.
Hersteller (Versender) und das Warenverteilzentrum (Empfänger) tauschen im
Prozessverlauf die Bestelldaten und Lieferdaten (Avis) über ein Netzwerk aus (Kapitel 5.2.1).
Durch die enge Verzahnung zwischen WMS und der überlagerten kaufmännischen Ebene
(ERP) existiert eine strukturierte Vorinformation über die jeweils ankommende Ware - ein
sogenanntes Avis.
Vorteil:
Keine manuelle Papierdokumentation
Lieferavisierung mit automatischer Datenerfassung im WE (siehe Abbildungen 5.6 und 5.7)
Reduzierung des Personalaufwands
Bessere Personalplanung
Just-in-Time-Abwicklung
Verbesserte Reaktionszeiten im Unternehmen
Vermeidung von Übertragungsfehlern
Last but not least, eine Intensivierung der Partnerbeziehungen
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 38
4.2 Industrielle lokale Netze (Industrie-LAN)
Über ein Local Area Network (LAN) wird die Kommunikation innerhalb der klassischen
Systemlandschaft in der Intra-Logistik abgewickelt. Werden mehrere LANs zu einem großen
Netzwerk zusammengeschlossen, so spricht man vom Intranet bzw. vom Extranet. Das
Intranet ist Eigentümer orientiert und somit ist der Zugriffstyp privat, nur den
Organisationsmitglieder vorbehalten.
Haben auf ein Intranet externe Dritte ganz oder teilweise Zugriff, spricht man vom Extranet.
Ein Extranet ist die kontrollierte Ausweitung eines Intranet für Außenstehende z.B.
Geschäftspartner (siehe. Abbildung 4.3).
Abbildung 4.3: Liefer-Avisierung per EDI
Ethernet-LAN 4.2.1
Es gibt viele Gründe für den Erfolg von Ethernet.
Erstens war Ethernet das erste umfassende eingesetzte Hochgeschwindigkeits-LAN.
Zweitens waren Token Ring, FDDI (Fiber Distributed Data Interface) und ATM
(Asynchronous Transfer Mode) komplexer und teurer als Ethernet. Drittens: der wichtigste
Grund für einen Umstieg auf andere LAN-Techniken war die höhere
Übertragungsgeschwindigkeit der neuen Technologie. Ethernet konnte jedoch immer
„kontern“ und bot neue Versionen, welche die gleiche oder sogar höhere
Übertragungsgeschwindigkeit lieferte als die Konkurrenz (100 Mbit/s, 1 Gbit/s, sind typische
Datenraten für Ethernet) (“Computernetzwerke: Der Top-Down-Ansatz“ James F. Kurose,
Keith W. Ross, Pearson, 6. aktualisierte Auflage, 2014).
Bei Ethernet handelt es sich um ein lokales Netzwerke (LAN). Das Netzwerk nutzt dabei die
Schicht 1 und 2 des OSI-Schichtenmodell (IEEE 802.2).
Die sieben Schichten des OSI-Referenzmodells sind in Abbildung 4.4 dargestellt. In den
1970 Jahren nahm das OSI-Modell Gestalt an. Der internationale Normenausschuss (ISO,
International Organization for Standardization) schlug vor, dass Computernetzwerke in
sieben Schichten organisiert werden sollten. Dieses theoretische Referenzmodell macht
deutlich:
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 39
Die Schichten 1 bis 4 sind für die Übertragung zwischen den Teilnehmern zuständig
Die Schichten 5 bis 6 koordinieren die Struktur und die Synchronisierung des Datenaustausches und die Datenkompression und Datenverschlüsselung
Schicht 7 ist die Anwendungsschicht
Die Nachteile des Siebenschichtigen ISO/OSI-Referenzmodell:
Einschränkung der Echtzeitfähigkeit, da viele Schichten durchlaufen werden
Bei kurzen Nachrichten (z.B. MFCS SPS) entsteht ein hoher Protokollaufwand
Abbildung 4.4: Das ISO/OSI-Protokoll
Ein Einsatz von lokalen Netzwerken für die industrielle Kommunikation ist an zwei
wesentlichen Voraussetzungen gebunden:
1. Erfüllung von „Echtzeitanforderungen“
2. Hohe Zuverlässigkeit der Informationsübertragung
Beide Voraussetzungen werden zunächst nicht vom ETHERNET erfüllt.
Ein entscheidender Nachteil von ETHERNET ist die Übertragungstechnik. So transportiert
die Technologie seine verpackten Daten ohne festes Zugriffsraster. Bei ETHERNET gibt es
keine Garantie, dass die Daten innerhalb einer bestimmten Zeit den Empfänger erreichen.
Der Grund: ETHERNET setzt ein zufälliges Buszugriffsverfahren ein, nach dem CSMA-
Verfahren (Carrier Sense Multiple Access), wie es im Prinzip vom Telefon her bekannt ist.
Ein sendewilliger Teilnehmer stellt zunächst fest, ob die gemeinsame Busleitung frei ist
(Carrier Sense) und er sendet seine Informationen, falls diese nicht besetzt ist.
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 40
Wird dagegen die Busleitung bereits von einer anderen Station (Sender) benutzt, dann zieht
sich der sendewillige Teilnehmer von Bus zurück und wartet und versucht zu einem späteren
Zeitpunkt erneut seine Information zu übertragen (Multiple Access).
Die zeitliche Übertragungseffizienz beim zufälligen Buszugriff, lässt sich verbessern, durch
das CSMA/CD-Verfahren. Beginnt jemand zu sprechen, hören Sie mit dem Sprechen auf. In
den Netzwerken nennt man das: Kollisionserkennung CSMA/CD-Verfahren.
Beim CSMA/CD-Verfahren (Collision Detection), erkennen die sich im Netzwerk befindlichen
Stationen (Multiple Access) durch Abhören des Übertragungsmedium (Carrier Sense)
automatisch Kollisionen und unterbrechen den eigenen Sendeversuch. Ein neuer
Sendeversuch wird nach einem zufälligen Zeitintervall neu versucht.
Zur Einschätzung der Effizienz von CSMA/CD sollte man sich einfach die
Datenübertragungsrate (100 Mbit/s entsprechen ca. 66.000 DIN A4-Seiten/s) vor Augen
führen. Selbst wenn durch das Medienzugriffsprotokoll von CSMA/CD die Effizienz um 50%
eingeschränkt wird, reicht die effektive Übertragungsrate in der Praxis vollkommen aus. Das
heißt die End- zu End Signalausbreitungsverzögerung spielt keine Rolle. Das nachfolgende
Praxisbeispiel; Online Druck der Kundenrechnung soll diese Aussage belegen.
Praxisbeispiel: Online Druck der Kundenrechnungen an den Packplätzen
Vom Otto Versandzentrum in Haldensleben werden täglich über 300.000 Sendungen mit
durchschnittlich 2,7 Teilen pro Sendung an die jeweiligen Kunden versendet.
Oftmals werden im Versandhandel die Rechnungen zu den Kundenbestellungen eines
Tages auf den zentralen Hochleistungsdruckern im Voraus gedruckt und entweder beim
Kommissionieren oder spätestens beim Packen mit Ware zusammengeführt. Nicht so in
Haldensleben. Hier sind kaufmännische und logistische Anforderungen beim Online-Druck
der Kundenrechnung zu berücksichtigen.
Der kommerzielle Rechner (ERP-Ebene) bereitet aus den Kundenbestelldaten die
Kundensendungen und übergibt die logistischen Daten wie Sendungsnummer, Anzahl, Teile
pro Sendung, laufende Teilenummer einer Sendung und die kaufmännischen Daten
(Rechnungsdaten) an das Warehouse-Management-System (WMS). Entsprechend dem
Arbeitsfortschritt (Nachschub, Kommissionierung, Packen - steuert das WMS die logistischen
Daten dem Packsorter zu. Sobald der Sorter eine Kundensendung als “komplett“ an das
WMS meldet, werden die aus dem kaufmännischen System bereitgestellten
Rechnungsdaten in die Steuersequenzen für den Laserdruck umgesetzt. Alle 260
Laserdrucker sind hierbei wie Werkzeugmaschinen ins Shake-Hand-Verfahren eingebunden
(Abbildung 4.4).
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 41
Abbildung 4.5: Shake-Hand-Verfahren beim Rechnungsonline-Druck
Dieser aufwendige Telegrammverkehr zwischen dem WMS und den Druckern ist notwendig,
damit der kaufmännische Maßstab eingehalten wird und kein Mehrfachdruck einer
Kundenrechnung erfolgt. Auf diese Weise wird die Korrektheit einer Kundenrechnung
gewährleistet.
Auch hier wird deutlich: Information ist ein Produktionsfaktor (siehe Kapitel 4.1).
Wie in Abbildung 4.4 auch sichtbar wird, sind die 260 Rechnungsonline-Drucker über ein 100
Mibt/s schnelles Ethernet mit dem Client WMS verbunden. Der Praxisbetrieb zeigt, dass die
End-zu-End-Signalausbreitungsverzögerung dabei keine Rolle spielt.
Zuverlässigkeit der Informationsübertragung 4.2.2
Am nachfolgenden Beispiel der Übertragung eines IP-Datagramms von einem Client (z.B.
WMS) zu einem Fremdsystem, wobei beide Systeme aus selben Ethernet-LAN
ausgeschlossen sind, soll die Zuverlässigkeit der Informationsübertragung erläutert werden.
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 42
Der sendende Client verkapselt das IP-Diagramm innerhalb eines sogenanntes Ethernet-
Rahmens und übermittelt diesen an die Bitübertragungsschicht. Der Adapter des
empfangenen Fremdsystems erhält den Rahmen von der Bitübertragungsschicht, extrahiert
das IP-Diagramm und übermittelt es an die Netzwerkschicht.
Die Ethernet-Techniken bieten der Netzwerkschicht einen unzuverlässigen Dienst an. Der
Grund: das IP-Datagramm ist in den Ethernet-Rahmen eingebunden samt Quelle,
Zieladresse und einem Cyclic Redundancy Check (CRC). Der Ethernet Rahmen wird aber
übertragen, ohne vorher einen Handshake durchzuführen. Darüber hinaus ist weder
vorgesehen einen Acknowledgment zu übertragen, noch einen negativen Acknowledgment
zu senden, wenn bei der Übertragung Bitfehler im Rahmen aufgetreten sind.
Eine hohe Zuverlässigkeit der Informationsübertragung kann jedoch dadurch erfüllt werden,
dass ETHERNET zusätzlich zur Norm IEEE 802.3 mit einer übergeordneten
Kommunikationssoftware ausgerüstet wird, dem TCP/IP (Transmission Control Protocol /
Internet Protocol). Diese Software ist für Kommunikation besonders geeignet, weil sie die
Datenübertragung durch Fehlererkennung (z.B. durch Wiederholung und Fehlerkorrektur
sichert (siehe Kapitel 4.3.1 und Abbildung 4.7).
Kommunikationssoftware TCP/IP 4.2.3
Die Kommunikationssoftware TCP/IP ist dem Ethernet übergeordnet und bildet zusammen
mit dem TCP-Socket und dem Bindeglied RADT zur Anwendungssoftware die in Abb 4.5
abgebildet Schichtenstruktur. Mit dieser standardisierten Ethernet-TCP/IP Struktur wird die
industrietaugliche Protokollübertragung festgelegt. Diese standardisierte
Kommunikationssoftware für die LAN-Vernetzung ist auf alle Betriebssystemen verfügbar
(z.B. UNIX, Linux, Solaris, Windows, HP-UX). Das Bindeglied zur Anwendungssoftware
bildet die überlagerte Kommunikationssoftware RADT eine weitere anwenderfreundliche
Softwarestruktur (siehe auch Kapitel 4.2.4).
4.2.3.1 Netzwerkschicht des Internets
Die Netzwerkschicht des Internets hat drei Hauptfunktionen
Internet-Protocol (IP):
Adressierungskonventionen
Datagrammformat
Paketverarbeitungskonventionen
Routing-Komponenten:
Wegewahl und Weiterleitungstabelle
Controll Message Protocol:
zur Erkennung von Fehler- und Informationsnachrichten
Internet Protocol (IP):
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 43
Weiterleiten und Adressieren im Internet
Ein Client ist normalerweise nur mit einer einzigen Leitung an das Netzwerk angeschlossen.
Will das IP von diesem HOST aus ein Datagramm senden, so macht es das über diese
Leitung (bei WLAN über einen drahtlosen Link, siehe Kapitel 4.2.4). Diese Grenze zwischen
der Hardware und der physikalischen Leitung wird als Schnittstelle (Interface) bezeichnet.
Damit dieses Datagramm im Netzwerk entsprechend der IP-Adressierung weitergeleitet wird,
werden sogenannte Router eingesetzt, die fähig sind IP-Diagramme zu senden und zu
empfangen. Damit wird klar, das IP verlangt, dass jeder HOST und jede Routerschnittstelle
ihre eigene IP-Adresse haben.
In Analogie zu dem MFC-System (vgl. Kapitel 2.4) sind die Aufgaben der Netzwerkschicht
vergleichbar. Die Aufgabe der Netzwerkschicht ist die Weiterleitung mittels
Weiterleitungstabelle pro Router und das Routing durch Routing-Algorithmen. Damit wird der
Pfad bestimmt, der von den Datenpaketen durchlaufen wird, während sie sich von einem
Sender zu einem Empfänger bewegen. Im MFC-System wird das statische Anlagenabbild
einer Förderanlage abgelegt. Damit sind die möglichen Förderwege abgebildet auf denen
Fördergut bewegt werden kann. Auf Basis der möglichen Förderwege wird durch ein
spezielles Routing die Quelle/Ziel-Beziehung erzeugt (siehe auch Kapitel 2.4.1).
Das IP-Dienstmodell ist ein sogenannter Best-Effort Dienst. Das bedeutet, das IP tut sein
Bestes um die Datagramme zwischen dem kommunizierenden Client und Server zu
transportieren, aber es gibt keinerlei Garantien. Insbesondere garantiert es nicht die
geordnete Reihenfolge der Datagramme beim Empfänger. Durch das Routing von einzelnen
Datagrammen im Netzwerk kann es auftreten, dass einzelne Datagramme in einer falschen
Sequenz (Reihenfolge) beim Empfänger eintreffen. Des Weiteren garantiert das IP nicht die
Integrität der Daten innerhalb der Segmente und auch nicht die Zustellung der Segmente.
Aus diesen Gründen wird es als unzuverlässiger Dienst bezeichnet und wäre somit für die
Vernetzung von industriellen Steuerungssystemen gänzlich ungeeignet, so dass eine weitere
Softwareschicht erforderlich ist (TCP).
4.2.3.2 Funktionen des TCP (Transmission Control Protocol)
Das TCP-Protokoll bietet den aufrufenden Anwendungen einen zuverlässigen,
verbindungsorientierten Dienst an:
Im Einzelnen erfüllt die TCP-Software folgende Funktionen:
Zuverlässigen Datentransfer
Flusskontrolle
Sequenznummern
Empfangsbestätigungen (Acknowledgements)
Timern (Zeitüberwachung zwischen Sende- und Empfangsbestätigung (time out))
Wiederholungen bei Übertragungsfehlern und Telegrammverlust (Repeat)
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 44
TCP-Streamsocket
Das TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll. Das bedeutet, bevor ein Client (z.B.: ein
Warehouse Management System WMS) und ein Server (Fremdsystem) beginnen können
Daten miteinander auszutauschen, müssen sie zuerst eine Handshake-Prozedur
durchführen und eine TCP-Verbindung zueinander aufbauen. Das Ende der TCP-
Verbindung wird dem WMS-Socket und das andere Ende einem Fremdsystem-Socket
zugeordnet. Zur Erzeugung der TCP-Verbindung wird die Socketadresse des WMS-Systems
(IP-Adresse und Quellportnummer) mit der Socketadresse des Fremdsystems (IP-Adresse
und Zielportnummer) verbunden.
Die Transportschicht auf dem Server (Fremdsystem) merkt sich die folgenden vier Werte aus
dem Verbindungsaufbausegment:
1. Die Quellportnummer
2. Die IP-Adresse des Quellsystems
3. Die Zielportnummer
4. ihre eigene IP Adresse.
Das neu erzeugte Verbindungssocket wird durch diese vier Werte identifiziert.
Alle späteren eintreffenden Segmente, deren Quellport, Quell-IP-Adresse, Zielport und Ziel-
IP-Adresse mit den vier Werten übereinstimmen, werden auf diesen Socket geleitet.
Über die nun bestehende TCP-Verbindung können Client und Server Daten austauschen.
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 45
Abbildung 4.6: Übertragungssystem TCP/IP und TP-RADT
Vorteile des Nachrichtenaustausches und des Quittungsverkehrs über einen Streamsocket
auf TCP/IP
Weltweit nutzbar, auf jeder Plattform verfügbar
Einfach zu administrieren (Firewall, Tunneling)
Einfache APPs für viele Programmiersprachen
Reliable Application Data Transfer (TP-RADT) 4.2.4
Fremdsystemkopplung
Mit der standardisierten Ethernet TCP/IP-Struktur wird die industrietaugliche
Protokollübertragung festgelegt (vgl. Kapitel 4.2.2). Das Bindeglied zur Anwendungssoftware
bildet die überlagerte Kommunikationssoftware TP-RADT. Über diese anwenderfreundliche
Kommunikationssoftware- eine gesicherte Kopplungsschicht TP-RADT- wird zu
Fremdsystemen auch zu SPS (Speicher Programmierbaren Steuerungen) ein geblockter
Telegrammaustausch über Streamsockets TCP/IP abgewickelt (Abbildung 4.5).
Die Anwendung aus dem Client-Prozess erzeugt Nachrichten an ein Fremdsystem und
übergibt sie dem Übertragungsservice. Die Anforderung an TP-RADT ist die Sequenztreue:
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 46
Daten werden in der Reihenfolge empfangen wie sie gesendet werden (FiFo), genauso die
effizienten Telegramme:
Hier kann gewählt werden, ob die Telegramme zu Blöcken werden dürfen bzw. wie groß ein
Block sein darf. Bei der Übertragung an Speicher-Programmierbare-Steuerungen (SPS) wird
immer der Einzeltelegrammverkehr mit konstanter Telegrammlänge und Quittung
angewendet.
TP-RADT garantiert eine sichere Übertragung.
Jeder Nachrichtenblock, und wenn er auch nur aus einem einzelnen Telegramm besteht,
wird mit einer Sequenznummer versehen und an den Verbindungspartner übertragen.
Die sichere Übertragung ist wie folgt festgelegt:
Jede Nachricht erhält vom Sender eine Sequenznummer (DT: Data Transfer)
Der Empfänger quittiert den Erhalt der Nachricht unter Angabe der Sequenznummer (DC: Data Confirmation)
Der Sender überwacht das Eintreffen der Quittung, nach einem Timeout wird die Sendung wiederholt, die Sequenznummer bleibt gleich.
Der Empfänger erkennt doppelte Sequenznummern, verwirft die Wiederholsendungen, quittiert sie aber!
Der Sender sendet die nächste Nachricht erst wenn die aktuelle Nachricht quittiert ist.
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 47
Abbildung 4.7: Fremdsystemkopplung über die gesicherte Kopplungsschicht TP-RADT
TP-RADT überwacht die Verfügbarkeit der Verbindung:
Die Verfügbarkeit der Verbindung soll permanent überwacht werden.
Probleme werden dadurch erkannt wenn sie auftreten, nicht erst wenn das Medium benötigt wird
Der überwachende Partner (auch beide) starten einen Timer, der mit jedem Empfang nachgestartet wird.
Läuft der Timer ab, gab es Probleme oder nichts zu übertragen (Schwachlast), dann sendet der Überwacher einen „Ping“ und wartet auf das Echo.
Trifft das Echo ein, wird (wie bei jedem Empfang) der Timer nachgetriggert.
Bleibt das Echo aus, ist die Verbindung gestört, das ist jetzt bekannt.
Die Verbindung wird abgebaut und danach wieder neu aufgebaut.
Mit dieser Methode wird sichergestellt, dass keine Nachricht verloren geht oder die Übertragungsstrecke unbemerkt gestört ist.
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 48
Tabelle 4.1: TP-RADT (Reliable Application Data Transfer - Header und Datenblock)
TP-RADT Feldbezeichnung
Anzahl (Bytes) Inhalt
H
E
A
D
E
R
Blocklänge 0 - 7 Die ersten 8 Bytes (nur gelesen)
Typkennung 8 - 9 Nachrichtenart des Blocks
Laufnummer 10 - 11 00 bei Erststart, sonst zw. 01 u. 99
Fehlercode 12 - 13 Information über Verlauf des Blocktransfers
Sendeerkennung 14 - 17 Sender der Nachricht
Empfängerkennung 18 - 21 Empfänger der Nachricht
DT Datenblock DT 22 - …variabel Ab 22 bis … Anzahl variabel
Da auf der Empfängerseite ausreichend Puffer für den Empfang bereitgestellt werden muss,
ist es notwendig, daß für jede Verbindung die maximale Länge der Nachricht vereinbart wird.
Für die weitere Beschreibung gilt folgende Bezeichnung:
ein Block, der Daten zum anderen System überträgt (Data Transfer ´DT´) wird als
Datenblock bezeichnet, alle anderen als Steuerblock (Header).
Das Feld Fehlercode wird nur für die Übermittlung von Fehlern dieser Übertragungsschicht
bei der Datenquittierung (Data Confirmation ´DC´) verwendet. Fehler der Applikation dürfen
hier nicht übertragen werden, hierfür ist gegebenenfalls ein eigenes Applikationsfehler-
Telegramm zu definieren.
Mögliche Werte im Fehlercode:
00 - kein Fehler
01 - Sequenzbruch festgestellt
Das Feld Typkennung wird nur für die Steuerung der Übertragung (mit folgenden Werten)
verwendet:
DT - Data Transfer - Übertragung eines Datenblocks
DC - Data Confirmation - Steuerblock zur Quittierung eines Datenblocks
PT - Ping Transfer - Steuerblock zur Initiierung der Prüfung der Verbindung
PC - Ping Confirmation - Steuerblock als Antwort zur Prüfung der Verbindung
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Kapitel 4 15.06.2016 Seite 49
4.3 Drahtlose Kommunikation in der Intralogistik
In Zukunft werden drahtlose und mobile Netzwerke eine Schlüsselrolle beim Realisieren
allgegenwärtiger Computerumgebungen spielen. WLAN, auch bekannt als Wireless LAN
oder WiFi, ist heute eine der wichtigsten Netzwerkszugangs-Technologien für das Internet,
die überall anzutreffen ist. Aus der Vielzahl unterschiedlicher Anwendung ist der Einsatz von
Smartphones in der Intra-Logistik nur ein Beispiel. Ein Smartphone, eingebunden in die
Schnittstelle Mensch-Maschine, ist heute Stand der Technik (siehe auch
Kommissionierablauf in Abbildung 5.1.3).
Die drahtlosen Netzwerke unterscheiden sich nicht wesentlich von ihren leitungsgebundenen
Gegenstücken. Die Netzwerkschicht der oberen Schichten, sowohl der drahtlosen wie auch
der leitungsgebundenen Netzen, bieten denselben Best-Effort-Zustelldienst (vgl. Kapitel
4.2.2 ff).
Ein Smartphone verfügt zum Einen über eine Netzwerkzugangstechnik über WLAN
(Standard IEEE 802.11) und zum Anderen über Bluetooth-Netzwerkszugangstechnik
(Standard IEEE 802.1.5.1). Bluetooth arbeitet im Lizenzfreien 2.4.-GHz Funkband, es
handelt sich im Grunde genommen um eine Kabelersatz-Technik mit niedrigen
Energieverbrauch und kurzer Reichweite.
Abbildung 4.8: Smart Mobile Log
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Kapitel 5 15.06.2016 Seite 50
5 GESCHÄFTSPROZESSE IN DER INTRALOGISTIK – SOFTWARE FOLLOWS FUNKTION
Die Intralogistik stand lange Zeit vor dem Problem: Standard oder Individuallösung?
Die Lösung: Das Beste aus beiden Welten in Form einer ausgewogenen Mischung.
5.1 Wo liegen die größten Potentiale?
Die Intralogistik profitiert von der rasanten Hardware-Entwicklung (siehe Kapitel 2).
Mit Blick auf die Softwareentwicklung von Warehouse Management Systemen (WMS) hört
man häufig:
„Das haben wir schon immer so gemacht!“
„Das funktioniert, da steckt unser Know-how dahinter!“
Die Lösung: Schere aus dem Kopf, dann erkennt man die Potenziale:
An die Geschäftsprozesse vom Wareneingang (WE) bis zum Warenausgang (WA) werden
vielfältige verschiedenartige Anforderungen gestellt, obwohl die grundlegenden
Funktionalitäten bei jeder Intralogistik-Lösung gleichartig oder mindestens ähnlich
erscheinen.
Abbildung 5.1: Potenziale in den Geschäftsprozessen
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 51
Werden die Geschäftsprozesse von WE bis WA mit wiederverwendbaren Bausteinen
adaptiert, dann werden Potenziale sichtbar. Vor diesem Hintergrund erscheint die
Überlegung zielführend, wie durch eine innovative Software-Architektur ein auf dem
Baukastenprinzip beruhendes Rahmenwerk einer Wiederverwendbarkeit zugänglich
gemacht werden kann.
Die heute erreichte Entwicklung der objektorientierten Softwaretechnik und die zunehmende
Durchdringung der industriellen Software-Produktion mit dieser Technik ermöglicht es,
Systementwürfe zu erstellen, die in ihrer Anlage schon die Chancen - sowohl für einen
hohen Wiederverwendungsgrad als auch für eine erleichterte Anpassbarkeit - bieten.
In Kapitel 6 “Softwareentwicklung nach industriellen Maßstäben“ werden die Möglichkeiten
beschrieben, wie durch die Softwaretechnik eine Systemarchitektur mit Klassenmodellen
geschaffen wird, die das Ziel einer hohen Wiederverwendbarkeit mit einer leichten
Anpassbarkeit vereinen.
A Warehouse is not a warehouse 5.1.1
Die Erfahrungen aus den Praxisabwicklungen machen deutlich:
bevor die IT zielgerichtet ihre SW-Entwicklung beginnen kann, müssen die spezifischen
Projektanforderungen ausgearbeitet vorliegen. Aus IT-Sicht gilt dabei natürlich, dass in der
Planungsphase alle Projektanforderungen dokumentiert und gemeinsam im interdisziplinären
Team mit dem Implementierungsleiter (IL) unterschrieben werden.
Die Informatik sorgt nicht für das Verständnis des Problems, sondern gibt Methoden an, auf
die dann jedoch die Logistiker angewiesen sind, um ihre Kerngeschäftsprozesse eines WMS
einer Lösung zuzuführen.
Die Lösung kann daher nur heißen: Schon früh alle Beteiligten - Kunden/Nutzer,
Logistikpartner und Softwareentwickler - in ein interdisziplinäres Team einzubinden.
Die Zusammenarbeit dieses Teams mit dem Kunden sichert eine großmögliche Effizienz der
Prozesse und eine maximale Akzeptanz (Abbildung 5.2).
Abbildung 5.2: Interdisziplinäres Team
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 52
Faktoren, die den Projekterfolg beeinträchtigen 5.1.2
Die praktische Erfahrung bei der Projektabwicklung verdeutlicht (immer öfter), die
Pflichtenheftphase ist das Kernstück jeder gemeinsamen Software und Hardware-Lösung.
Der Projekterfolg hängt direkt oder indirekt mit den, gemeinsam im Team erarbeiteten
spezifischen Anforderungen, zusammen. Die größtmögliche Effizienz und maximale
Akzeptanz kann nur erreicht werden, wenn auch die „Project-Owner“ für das Projekt (neben
dem Tagesgeschäft) auch die notwendige Zeit vom Auftraggeber zur Verfügung gestellt
bekommen. Oft wird ein Projekt mit den besten Absichten gestartet, kann dann aber, wegen
mangelnder Kommunikation durch Arbeitsüberlasung der „Project-Owner“, den Projekterfolg
stark beeinträchtigen.
Als Quelle können hier auch die Untersuchungen des TÜV Rheinland/ Berlin/ Brandenburg
und der Standish Group dienen. Demnach beeinträchtigen den Projekterfolg:
Unvollständige Anforderungen 13,1%
Die späteren Nutzen haben nicht die nötige Zeit zur Verfügung für geregelte Projektzusammenarbeit 12,4%
Es liegen falsche Erwartungen vor 9,9%
Change Requests 8,7%
In Summe mit 44,1%
In den weiteren Kapiteln wird aufgezeigt, dass nur mit einer zielführenden Planung, im
Einklang mit den Geschäftsprozessmodulen, ein Projekterfolg realisiert werden kann.
D.h., das Projekt liegt innerhalb der geplanten Termine und dem geplanten Budget und erfüllt
alle spezifischen Anforderungen.
Erweiterte Prozessmodulierungs-Sprache 5.1.3
In Anlehnung an Andreas Gadatsch (“Grundkurs Geschäftsprozess-Managament: Methoden
und Werkzeuge für die IT-Praxis: Eine Einführung für Studenten und Praktiker“, 7. Auflage,
2012) und Jürgen Pitschke (“Architektur, Methode, Prozess: Ein Business Analysis
Framework“, 2012), werden drei Bearbeitungsebenen für den Entwurf von
wiederverwendbaren IT-Bausteinen unterschieden. Dies sind die logistische Ebene, die IT-
Ebene und die Prozessschritt-Ebene in Verbindung mit einer IT-Prozessebene. Die dafür
verwendeten Symbole und Elemente werden in der Abb 5.3 „Erweiterung der
Modulierungssymbole“ dargestellt. Damit soll der Handshake zwischen Logistikplanern,
Nutzern und Softwareentwicklern unterstützt werden mit der Zielsetzung, Best-Pratice-
Module zu erstellen. Diese sollen in einem ersten Schritt beschrieben und in einem zweiten
Schritt als adaptive Programm-Module einer Wiederverwendbarkeit zugänglich gemacht
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 53
werden (siehe Kapitel 6).
Abbildung 5.3: Legende und Erweiterung der Modulierungssymbole für die folgenden
Abbildungen
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 54
5.2 Beschreibung der Geschäftsprozessmodule eines Warehouse Management Systems
Beginnend mit der Darstellung und Abbildung des Geschäftsprozessmoduls Wareneingang
(WE) wird das Modellkonzept sichtbar. Der WE wird weiter detailliert, mit dem Ziel, immer
wiederkehrende Teilprozesse als Standardmodule abzubilden und abweichende
Teilprozesse über Veredelungsmodule (Plugins) abzubilden.
Abbildung 5.4: Geschäftsprozessmodul Wareneingang
Ein weiterer Vorteil wird sichtbar: Überflüssige Features, die nicht zur geforderten
Aufgabenstellung nötig sind, werden nicht implementiert (siehe Kapitel 5 und Kapitel 6).
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 55
Lieferavisierung mit automatischer Datenerfassung im Wareneingang 5.2.1
Hersteller (Versender) und das Warenverteilzentrum (Empfänger) tauschen im
Prozessverlauf die Bestelldaten und Lieferdaten (Avis) über ein Netzwerk aus. Mit der Liefer-
Avisierung per EDI (Electronic Data Interchange, Abbildung 5.5) überträgt der Versender
dem Empfänger gleichzeitig die eindeutige Nummer jeder einzelner Liefereinheiten.
Dazu wird jede Liefereinheit (LE) des Versenders im Warenausgang mit genau diesem
SSCC codiert (siehe GS1 im Kapitel 3.1.3).
Abbildung 5.5: Electronic Data Interchange (EDI), LE-Avisierung im Warenfluss
Bevor der physische Wareneingang erfolgt, werden die dem Empfänger übermittelten Daten
auf der ERP-Ebene für das WMS (Warehouse Management System) als Avis-Daten
aufbereitet und entsprechend lesbar weitergeleitet. Für den asynchronen Prozessverlauf der
automatischen Datenerfassung, mittels SSCC und entsprechenden Kamerasystemen, wird
die Entladung zum Beispiel eines angelieferten Containers fördertechnisch unterstützt.
In der Praxis legt der Speditionsmitarbeiter die angelieferte LE auf ein telekopierbares
Förderband auf. Im Förderfluss werden die LEs, im Durchlauf, von Kamerasystemen erfasst
und die SSCC-Informationen dem WMS online übertragen. Im WMS erfolgt der
Lieferabgleich gegen die übermittelten Avis-Daten. Die erfassten SSCC-Daten werden mit
den Zielkoordinaten für den Einlagerungsprozess ergänzt, und dem MFCS übertragen.
Im weiteren Förderfluss wird über einen Applizierer ein vorgedrucktes Etikett - ein
sogenanntes Over Corner Label (OCL) - aufgebracht. Mit der anschließenden Lesung durch
einen Scanner werden im MFCS die SSCC-Daten und die Zielkoordinaten mit den
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 56
datenreduzierten Informationen des OCL-Barcodes in einer Datentabelle abgelegt.
Durch die raffinierte Applizierung des OCL entlang einer Kante, können die Informationen
des Barcodes über Scanner längs und quer - ergo von 2 Seiten ausgelesen werden (siehe
Abbildung 5.6, Kapitel 3.2.1 und Abbildung 3.6).
Abbildung 5.6: LE-Avisierung und automatisierte Wareneingangsabwicklung
Daraufhin erfolgt die Konturenkontrolle (Abmessungen, Gewicht) und der Abgleich der
Logistik-Daten (Versandeinheitsinformationen). Die erfassten Logistik-Daten werden dem
WMS übertragen. Zum einen dienen diese erfassten Daten zur Plausibilitätskontrolle
(beschädigte Verpackungen werden direkt aus dem Materialfluss gezogen und zur
Nachkontrolle geleitet), zum anderen dienen die Daten als fördertechnische Vorgaben,
beispielsweise für den automatischen Zugriff der Regalbediengeräte.
Begreift man durch die vorangegangene detaillierte Betrachtung, dass die Lieferavisierung
mit automatischer Datenerfassung im WE, die Voraussetzung für ein Standardmodul erfüllt,
hat man zu dem Denken in wiederverwendbaren Bausteinen (im IT-Sprachgebrauch auch
als „Service“ bezeichnet) die Brücke geschlagen (siehe auch Abbildung 5.7).
Dieses Vorgehen ist auch eine Richtschnur, die im Sinne der Wiederverwendbarkeit als
Best-Practice-Komponente eingesetzt werden kann.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 57
Mit den unter Kapitel 5.1.3 skizzierten Modulierungssymbolen werden die einzelnen Prozess-
Schritte (siehe Abbildung 5.3) der folgenden Geschäftsprozessmodule erklärt.
Abbildung 5.7: Geschäftsprozessmodul Wareneingang (Best-Practice-Komponente)
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 58
Wareneingang ohne Avis-Daten 5.2.2
Bevor die angelieferte Ware entladen werden kann, wird vom WE-Büro der Lieferschein-
Bestellabgleich über Zugriff auf das Enterprise Ressource Planning (ERP) System
angestoßen. Nach der Erzeugung eines internen Avis durch das ERP-System und der
Datenübertragung ERP WMS WE-Büro, kann die angelieferte Ware entladen werden
und auf der WE-Eingangsfläche bereitgestellt werden. Parallel dazu werden von dem WE-
Büro LE-Label (laufende Nummer) zur internen Verwaltung und Materialflusssteuerung
ausgegeben, mit der Vorgabe, jede konsolidierte LE-Einheit zu identifizieren und
datentechnisch mit dem dann aufgebrachten LE-Label zu verheiraten.
Auf der WE-Eingangsfläche beginnen die Mitarbeiter mit der Dekonsolidierung, Vereinzelung
und Identifizierung jeder LE durch MDE-Scans (wenn möglich) oder die manuelle Eingabe,
mit dem Ziel, die Sendungserfassung gegen das erzeugte interne Avis physisch
abzugleichen. Jede identifizierte LE wird mit einem von dem WE-Büro ausgegebenen
internen LE-Label mit Materialflusssteuerung verheiratet. Dabei muss mit einer Fehlerrate
von 0,46 bis 0,94 % gerechnet werden.
Die mit dem MDE-System erfassten Daten werden online über WLAN an das WMS
übertragen. Im WMS erfolgt der Lieferabgleich gegen die vom ERP-System übermittelten
Avis-Daten.
Nach Abschluss der Sendungserfassung auf der WE-Fläche kann, je nach
Anlagenausbildung des Wareneingangs eine manuelle oder eine automatisierte Variante
eingesetzt werden. Die automatisierte Variante hat den Charme, dass mit dem Denken in
wiederverwendbaren Bausteinen, die Best-Practice-Variante „Lieferavisierung mit
automatischer Datenerfassung“ für die nachfolgenden Prozessschritte integriert werden
kann.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 59
Abbildung 5.8: Geschäftsprozessmodul: Wareneingang ohne Daten-Avisierung. Sehr Kosten-,
Zeit- und Ressourcenaufwendig (Erklärung siehe Folgeseite).
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 60
Die Kostentreiber bei der Abwicklung Wareneingang ohne Avis-Daten
Der hohe Personaleinsatz gegliedert nach Qualifikationsanforderungen (WE-Büro, manuelle
Tätigkeiten auf der WE-Fläche). Im WE-Büro sind Bildschirmarbeitsplätze im Einsatz, die
eine Verbindung zum ERP-System und zum WMS/MFCS ermöglichen (siehe Abbildung 5.8).
Die nachfolgenden Tätigkeiten erfordern besonders geschultes Personal:
Lieferschein gegen offene Bestellung abgleichen
Internes Avis erzeugen
Vorgabe Abstellfläche im WE pro angelieferte Sendung (Haftungsübergang)
Freigabe Nummernkreis für internes Packstücklabel
Vorgabe Umpack-Anweisung und Überwachung
Erzeugung von internen LE in Abstimmung mit Vorgabe der Logistik-Daten, Registrierung von Versandschäden oder falscher Verpackung und Abklärung
Fehlerbehandlung: Differenzen Lieferschein-Bestellung. Klare Vorgabe wie diese Fälle abgeklärt werden
Der Abwicklungsflächenverbrauch im Wareneingangsbereich in Abhängigkeit zu der
Umschlagshäufigkeit (siehe Abbildung 5.8).
Personaleinsatz für manuelle Tätigkeiten auf der WE-Fläche:
Container bzw. LKW mittels Teleskop-Förderer entladen oder Handhubwagen und mit Gabelstapler (mit MDE-Anbindung) auf zugewiesene WE Fläche bereitstellen.
Dekonsolidieren, Vereinzelung und Identifizierung jeder LE durch MDE-Sendungserfassung: Gegen internes Avis und zum Abgleich. Im Hintergrund erfolgt die Datenverarbeitung (siehe auch Kapitel 4). MDE kommuniziert über WLAN zu Access-Point, Access-Point über Industrie-LAN mit WMS. Damit erfolgt der Abgleich gegenüber dem erzeugten internen Avis.
Fehlerfallbearbeitung nach Vorgabe des WE-Büro Klärung (z.B. Bestandskorrektur)
Gegebenenfalls Umpacken nach Vorgaben
Erhöhte Bearbeitungszeit bis die angelieferte Ware weiterverarbeitet werden kann (z.B. Kunden warten auf Nachlieferung, siehe Abbildung 5.8).
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 61
Integriertes Geschäftsprozessmodul Wareneingang 5.2.3
In der folgenden Abbildung 5.9 wird die Teilprozesskomponente „WE-Prozess ohne Avis im
WE“ (Kapitel 5.2.2) nach Abschluss der Sendungserfassung mit der in Kapitel 5.2.1
beschriebenen Best-Practice-Komponente weitergeführt.
Aus IT-Sicht kann die Best-Practice-Komponente, ein immer wiederkehrender
Geschäftsprozess, als ein Baustein-Standardmodul abgebildet bzw. adapiert werden. Damit
wird auch die Objektorientierung sichtbar: die verwendeten Objekte sollen die reale Welt
abbilden (hier, Best-Practice-Komponente).
Der abweichende Geschäftsprozess, WE-Prozess ohne Avis wird als eine spezielle
Lösungsvariante, ein projektspezifisches Plug-in definiert und kann mit dem Standardmodul
Best-Practice-Komponente zu einem lauffähigen WE-Prozess veredelt werden (siehe Abb.
5,9).
Hier wird der Leitgedanke deutlich: software follows function gilt dann wenn in der Planungsphase alle Projektanforderungen dokumentiert wurden und gemeinsam im interdisziplinären Team aus Logistik-Planern, dem Kunden/ Nutzer und dem Implementierungsleiter (IL) unterschrieben wurden. Das Know-how des IL wird frühzeitig in die Prozessgestaltung und Anforderungsaufnahme mit einbezogen (siehe auch Kap. 5.1.2). … wenn alle Beteiligten wie Logistik-Planer, Software Entwickler und Nutzer als Team zusammen arbeiten (Kapitel 6.1 und Abbildung 6.1).
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Kapitel 5 15.06.2016 Seite 62
Abbildung 5.9: Integriertes Geschäftsprozessmodul Wareneingang
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Kapitel 5 15.06.2016 Seite 63
5.2.3.1 Analysemodell „Integriertes Geschäftsprozessmodul“
Entlang der Prozess-Instanzen des integrierten WE-Geschäftsprozessmoduls (Abbildung
5.9) werden die dem Leitstand übertragenen Daten zur Erstellung des Analysemodells für
den Geschäftsprozess übertragen.
Informationsbedarf im Prozessschritt
Lieferscheinabgleich
Erzeugung internes Avis
Vorgabe Abstellfläche (Haftungsübergang)
Lieferscheinabgleich
Erzeugung Internes Avis
Vorgabe Abstellfläche (Haftungsübergang)
Avisierungs-Daten auf Basis LE
Vorgabe Dekonsolidierung
Vorgabe Umpack-Anweisung
Vorgabe Qualitätsprüfung
Artikel freigeben / gesperrt / ausbuchen
Vorgabe Transportauftrag zur Einlagerung
Sonderprozesse (Bypass für Kommissionierung / Cross-Docking)
Prozessziele
kurze Durchlaufzeiten
wenig Platzbedarf
kurze Mitarbeiteranbindung
hohe Prozessqualität
Daten* aus Prozess für Leitstand
Anlieferzeiten bzw. –peaks
Artikel freigeben / Artikel gesperrt / Artikel ausgebucht
Anzahl der Verteilung der Artikel auf verschiedene Ziele *extrahierte Daten aus “Informationsbedarf im Prozessschritt“
Empfänger der Kennzahlen
Einkauf
Leitstand, Logistik-Leiter
WE-Leiter
Mitarbeiter Wareneingang
Kennzahlen zur Messung der Ziele (Benchmark-Vergleich)
Anzahl angenommene Artikel pro Δt**
Anzahl der Mitarbeiter im WE pro Δt**
Flächenverwendungsgrad
Warenannahmezeit
rollierender Arbeitsfortschritt
Qualität WE
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Kapitel 5 15.06.2016 Seite 64
** betrachteter Zeitraum z.B. im Schichtbetrieb
Kostentreiber! (siehe auch Abbildungen 5.8 ff.)
Mensch / Fläche / Zeit
Sonderprozesse (fehlende Infos, Verpackungsbeschädigung)
Qualität der Artikel (Prüfung, Nacharbeit)
Artikelhandling (mechanisiert, manuell, mehrfach, einfach)
5.3 Kommissioniersysteme
Als Kommissioniersystem wird das Teilsystem der Intralogistik verstanden. Nach Timm
Gudehus (“Dynamische Disposition: Strategien, Algorithmen und Werkzeuge zur optimalen
Auftrags-, Bestands- und Fertigungsdisposition“, 2012 ) ist kommissionieren „das
Zusammenstellen von Ware aus einem bereitgestellten Artikelsortiment nach vorgegebenen
Aufträgen“. Die genauen Definitionen können in der VDI-Richtlinie 3590 nachgelesen
werden.
Im folgenden Kapitel werden Kommissioniersysteme in den folgenden Ausprägungen
beschrieben und diskutiert:
Zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer (Kapitel 5.4.2)
Manuelle Sortierkommissionierung MSK (Kapitel 5.4.3)
Manuelle Endloskommissionierung MEK (Kapitel 5.4.4)
Anforderungen an Kommissioniersysteme 5.3.1
Die Anforderungen an die aktuellen Kommissioniersysteme ergeben sich aus den Trends am
Markt – betrachtet aus Kundensicht als auch aus Sicht der Unternehmen.
Die Kundenzufriedenheit wird beeinflusst durch ihre Erwartung einer hohen
Liefergeschwindigkeit.
In Zeiten von Same-Day-Delivery fließt daher in die Auftragspriorisierung immer die
Cut-off-Zeit1 (Ausgangszeitpunkt) mit ein. Die Cut-off-Zeit ist in der Praxis das entscheidende
Kriterium (“Feed Algorithmen“ Ho et al. 2008, Ho & Tseng 2006).
Fehler in der Kommissionierung führen zum Verlust von Zeit und/oder Kundenzufriedenheit.
Hierbei können vier Fehlerarten unterschieden werden:
Typfehler (falscher Artikel)
Mengenfehler (falsche Artikelanzahl)
1 Annahmeschluss:Zeitpunkt, an dem eine Bestellung (oder eine Wanne) bei einem
Logistikdienstleister sein muss, um innerhalb eines definierten Zeitraums die Ware ausliefern zu
können.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 65
Auslassungsfehler (Artikel fehlt)
Zustandsfehler (Artikel ist unvollständig oder defekt)
Zur Fehlervermeidung werden heute Kommissionierführungsmethoden wie Pick-by-MDE,
Pick-by-Voice, Pick-by-Light, Pick-by-Point oder Datenbrillen in Verbindung mit Augmented
Reality eingesetzt.
Beispielsweise bei der Kommissionierung mittels MDE wird sowohl der Lagerplatz als auch
der Artikel durch Scannen bestätigt. Dies verringert die Gefahr von Auslassungs- und
Typfehlern. Durch das einblenden von Bildern und Symbolen kann die Fehlerrate weiter
gesenkt werden (siehe Kapitel 4 und Abbildung 5.12 „Mensch-Maschine.Kommunikation
während des Rundgangs“).
Weitere Trends in der Kommissionierung werden sichtbar:
5.3.1.1 Marktflexibilität
Die Marktanforderungen ändern sich stetig. Ein Kommissioniersystem sollte flexibel sein und
auf diese Änderungen eingehen können. Neben adaptiven IT-Prozessen, sind die Ergonomie
und der Faktor Mensch eine treibende Kraft. Die Forschung ist hier in einigen Bereichen
deutlich hinter den Entwicklungen in der Praxis.
5.3.1.2 Retouren
Die Bearbeitung von Retouren kostet Zeit und Geld. Daher sollte ein effizienter Umgang mit
Retouren angestrebt werden, z.B. einstreuen von Retouren in einen dynamischen
Zwischenpuffer über eine dreistufige Kommissionierung.
5.3.1.3 Batch-Kommissionierung
Bei der Batch-Kommissionierung werden mehrere Aufträge zu einem Batch
zusammengefügt. Innerhalb dieses Batches werden Pick-Positionen zu Kommissionier-
Aufträgen beziehungsweise Rundgängen gruppiert (De Koster, R., Le-Duc, T., and
Roodbergen, K.J. (2007), Design and control of warehouse order picking: a literature review.
European Journal of Operational Research 182(2), 481-501). Dabei müssen nicht alle Artikel
eines Auftrags im selben Rundgang sein (“Erweiterung des Warenverteilzentrums der MCM
Klosterfrau“ in: Logistik für Unternehmen 6/2009“, Dietmar Hoffbauer). Anschließend ist eine
Konsolidierung erforderlich, das heißt, die Artikel werden wieder zu Kundenaufträgen
zusammengeführt. Eine Batchkommissionierung wird daher auch als mehrstufige
Kommissionierung bezeichnet. Unter einem zweistufigen Kommissioniersystem versteht man
eine Batchkommissionierung mit anschließender Sortierung (siehe auch Kapitel 5.3.2). Ziel
einer Batch-Kommissionierung ist es, die durchschnittlichen Wege je Auftrag zu verringern
und die Kommissionier-Behälter besser auszulasten.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 66
5.3.1.4 Batchbildung
Bei der Batchbildung sind in der Theorie die Batchgrößen deutlich kleiner als bei der
Sorterkommissionierung oder der unter 5.3.3 beschriebenen manuellen
Sortierkommissionierung mit Batchpuffer. In den meisten derzeitigen Veröffentlichungen wird
eine Batchgröße kleiner 150 Artikel als Messgröße genommen. In den unter 5.3.2 und 5.3.3
dargestellten Geschäftsprozessmodellen wird die Batchgröße aus 5000 bis 10000 Artikeln
gebildet. Für die meisten in der Theorie entwickelten Algorithmen sinkt eine mögliche
Verbesserung mit steigender Batchgröße. Hier werden Batches nur nach der Nähe der
Eingangszeitfenster gebildet. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass weder die Nähe,
noch der Eingang der Aufträge das entscheidende Kriterium sind, sondern die Cut-off-Zeiten
der Aufträge (siehe auch Kapitel 5.3.1, “Feed Algorithmen“ Ho et al. 2008, Ho & Tseng
2006).
Geschäftsprozessmodul zweistufige Kommissionierung mit 5.3.2
Batchpuffer und Sorter
Rahmenbedingungen
Zur Einordnung dieses Geschäftsprozessmoduls einer zweistufigen Kommissionierung mit
Batchpuffer und Sorter und Packerei wurden in der Tabelle 5.1 folgende Annahmen und
Schwankungsbreiten festgelegt:
Tabelle 5.1: Schwankungsbreiten in den Auftragsstrukturn
Auftragsstruktur
Sortiment
Ø Zugriffe je Lagerart und Tag
33.000 Aufträge/Tag bis 100.000 Aufträge/Tag
Ø 2,3 bis Ø 4 Artikel/Kundenauftrag
Einpöstige Aufträge (17 % - 30 %)
150.000 gültige Artikel (SKU)
1. Zugriff (35 %)
2.-5. Zugriffe (40 %)
> 5 Zugriffe (18 %)
Golden Carton2 (7%)
2 Golden Carton: die komplette Kartonmenge eines Artikels wird für einen oder mehrere
Kundenaufträge benötigt (siehe auch Kapitel 5.2.2.2 und 5.3.2.3)
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 67
Die beispielhaft dargestellte Prozessschrittebene des Geschäftsprozessmoduls „zweistufige
Kommissionierung mit Batchpuffer und Sorter“ soll auch als Synonym für den Einsatz
technischer Varianten für die Sorterausbildung gelten.
Wird innerhalb der Prozessschrittebene ein Kippschalen-, Quergurt- oder Taschensorter
eingesetzt, ist die Abfolge der Prozessschritte – Auftragspriorisierung, Batchbildung,
Rundgangsbildung, Kommissionierverfahren, Batchpuffer, Batchsorter und Sorterpackerei,
identisch. Sicherlich können unterschiedliche technische Ausprägungen dazu genutzt
werden, sodass durch weitere Prozessschritte eingehende Retouren in einem dynamischen
Zwischenpuffer gespeichert werden und dem jeweiligen Batch wieder zugeführt werden
können.
In der Prinzipskizze in der folgenden Abbildung 5.10 „Zweistufige Kommissionierung mit
Batchpuffer, Sorter, Rechnungsonline-Druck und Sorterpackerei“ sind zwei Abwicklungsarten
abgebildet, die zu unterschiedlichen Abwicklungsarten führen:
Die Einpöstige-Abwicklung (EP-Abwicklung) und die Mehrpöstige Abwicklung (MP-
Abwicklung) für sorterfähige Artikel.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 68
Abbildung 5.10: Prinzipskizze: „Zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer,
Sorter, Rechnungsonline-Druck und Sorterpackerei“
Geschäftsprozessmodul
In der Abbildung 5.11 „Geschäftsprozessmodul zweistufige Kommissionierung mit
Batchpuffer, Sorter, Rechnungs-online Druck und Sorterpackerei“ wird eine weitere
Abwicklungsart sichtbar.
Die „Golden Carton“-Abwicklung. Vor der Batchbildung wird durch die Auftragspriorisierung
überprüft, ob es Artikel gibt, für welche die Bestellungen über alle betrachteten Aufträge
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 69
größer ist als ein Vielfaches der Menge eines Nachschubkartons.
Für diese Fälle wird die passenden Anzahl der Nachschub-Kartons direkt aus dem
Nachschublager ausgelagert und artikelrein in Wannen umgepackt (EP-Wannen).
Der Vorteil dieser Abwicklung ist leicht zu erkennen. Der Nachschubkarton muss nicht erst
ausgelagert werden und ins Kommissionierlager wieder eingelagert werden, um durch die
Mehrpöstige oder Einpöstige Rundgangsbildung „leergepickt“ zu werden.
In Abb.5.11 zweigt die Fördertechnik die EP-Wannen für die EP-Packerei ab und fördert an
dem Verzweigungspunkt in der Durchlaufrichtung den Anteil der MP-Wannen zur
Batchreinen Sortierung weiter.
Der Prozessschritt in der EP-Packerei beginnt mit der Entnahme der Artikel, das GTIN/EAN-
Label (Kap. 3.1.3) wird gescannt.
Parallel dazu wird der Rechnungs-online-Druck aktiviert und gemeinsam der automatischen
Verpackung zugeführt.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 70
Abbildung 5.11: Geschäftsprozessmodul „Zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer,
Sorter, Rechnungsonline-Druck und Sorterpackerei (Teil 1)
Abbildung 5.12: Geschäftsprozessmodul „Zweistufige Kommissionierung mit Batchpuffer,
Sorter, Rechnungsonline-Druck und Sorterpackerei (Teil 2)
5.3.2.1 IT-Prozessebene
Das Augenmerk der IT-Prozessebene liegt auf der Auftragspriorisierung, der Batchbildung
und der Wannen- und Rundgangsbildung und der Mensch-Maschine-Kommunikation.
Auftragspriorisierung
Für die Auftragspriorisierung werden mittels einer SQL-Abfrage zuerst aus allen disponierten
Aufträgen, Aufträge mit einer bestimmten Pickart (z.B. Großaufträge) und einer gewissen
Auftragsart (z.B. Einpöstige Aufträge) ausgewählt. Nach diesen Kriterien werden die
Aufträge dann sortiert.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 71
Aufträge haben abhängig von ihren Frachtführern (z.B. DHL, Hermes, …) dem Service (z.B.
Normal, Nacht, Express) und dem Land (z.B. Deutschland, Schweiz, …) ein logisches
Warenausgangsziel. Sowohl Aufträge als auch die logischen Warenausgangsziele haben
eine Batchpriorität. Die Batchpriorität ist eine nummerische Darstellung der Dringlichkeit mit
der sie gebatcht werden müssen.
Die Batchpriorität der logischen Warenausgangsziele orientiert sich an den Cut-Off-Zeiten.
Dabei können für die gleiche Tour auch mehrere Abholzeiten bestehen. Dann orientiert sich
die Batchpriorisierung immer an der letzten Cut-Off-Zeit.
Aufträge werden zuerst nach der Batchpriorität der Aufträge, also nach dem Eilkennzeichen
sortiert. Aufträge mit Eilkennzeichen werden vor allen anderen Aufträgen eingereicht. Das
nächste Sortierkennzeichen ist die Batchpriorität der logischen Warenausgangsziele. Dabei
werden die Aufträge aufsteigend sortiert. Anschließend werden frühere Cut-Off-Zeiten vor
späteren Cut-Off-Zeiten eingereiht. Als letztes werden die Aufträge aufsteigend nach dem
Bestellzeitpunkt sortiert.
5.3.2.2 Batchbildung
Als Beispiel werden alle Aufträge aus der durch die Auftragspriorisierung sortierten Liste,
nacheinander, solange dem Batch hinzugefügt, bis eine der beiden konfigurierbaren
Abbruchbedingungen erfüllt ist. Zum einen gibt es eine maximale Anzahl an Teilen pro Batch
(z. B. 10.000 Teile). Zum anderen gibt es eine maximale Anzahl an Picks pro Batch. Dies ist
abhängig von der Anzahl der Mitarbeiter-/innen und der Dauer, die die Abarbeitung der
Batches benötigt.
Grundsätzlich werden überlappende Batches zeitlich eingeplant, damit ein kontinuierlicher
Arbeitsfortschritt in der Kommissionierabwicklung erfolgen kann (vgl. Abbildungen 5.12 und
5.13).
Abbildung 5.13: Arbeitsfortschritts-Überwachung im Leitstand
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 72
Wannen- und Rundgangsbildung
Jedes Lagerfach in den Kommissionierzonen hat einen sogenannten Pickindex. Dieser Index
liefert abhängig von Bereich, Gang, Regalspalte und Höhe eine Bewertung für das
Lagerfach. Diese Indizierung ist parametrierbar, sodass sowohl nach der Schleifen- als auch
nach der Stichgangsstrategie kommissioniert werden kann. Alle Pickpositionen, die in
diesem Batch und in einem Kommissionierbereich benötigt werden, werden anhand ihrer
Pick-Indizes aufsteigend sortiert. Dann werden solange Pickpositionen zu einer Wanne
hinzugefügt, bis ein definiertes Volumen erreicht ist. Sind alle Wannen gebildet, so werden
immer, in diesem Fall bis zu vier Wannen, zu einem Rundgang zusammengefasst. Das
Bilden des Rundganges ist in Abbildung 5.11 dargestellt.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 73
Abbildung 5.14: Ablauf der Wannenbefüllung und Rundgangsbildung
5.3.2.3 Mensch-Maschine-Kommunikation
Bildet die Abbildung 5.11 das Geschäftsprozessmodul einer zweistufigen Kommissionierung
bis hin zur Sorter-Packerei mit Rechnungs-Online-Druck ab, wird in der Abbildung 5.13 die
Mensch-Maschine-Kommunikation zwischen dem Kommissionierpersonal und dem
WMS/MFCS in einer weiteren Ebene aufgezeigt.
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 74
Abbildung 5.15: Mensch-Maschine-Kommunikation während des Rundgangs
5.3.2.4 Analysemodell für das Geschäftsprozessmodul „Zweistufige
Kommissionierung mit Batchpuffer und Sorterpackerei“
Entlang der Prozess-Instanzen des Geschäftsprozessmoduls (Abbildung 5.13) werden die
dem Leitstand übertragenen Daten zur Erstellung des Analysemodells für den
Geschäftsprozess übertragen.
Anzahl der Übertragungen der Kommissionieraufträge
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Kapitel 5 15.06.2016 Seite 75
Informationsbedarf im Prozessschritt
über den Tagesablauf von ERP an WMS
Batch-Auffüllung entlang der übertragenen Zeitintervalle
Arbeitsfortschritt-Meldungen von Beginn der Kommissionierung bis WA. Übergabe an KEP-Dienste
MDE geführte Batch-Kommissionier-Steuerung (online):
Scan: Gasse, Regal, Fach, Lagerfach Scan: Artikel, Eingabemenge
Nulldurchgang
Fehlermengenabwicklung
Warenbegleitschein-Abwicklung
Durchlaufzeit Warenbegleitscheine
BDE-Meldung: Beginn Kommissionier-Rundgang
BDE-Meldung: Ende Kommissionier-Rundgang
Fehlermengenabwicklung (erst nach Meldung Ende)
Status Wannenpuffer
Batchstatus
Batchfreigabe
Dynamischer Batch-Wechsel
Packprozess-Abwicklung
Prozessziele
Kurze Durchlaufzeiten
Hohe Rundgangs-Rendite durch kurze Wege
Zeitgesteuerter Prozessablauf
Synchroner Arbeitsfortschritt (Plan, Uhrzeit)
Keine Abweichung vom vorgeschriebenen Prozessende
Prozess-Sicherheit
Daten aus Prozess für Leitstand
Anzahl Kommissionieraufträge
Mehrfach-Zugriff pro Artikel und Batch
Anzahl Artikel pro Auftrag
Anzahl Golden Cartons
Dynamische Batchkommissionierung
Anfang / Ende pro Batch
Arbeitsfortschritts-Überwachung (Plan, Uhrzeit)
Nachschub benötigt / beendet
Zeitliche Batchkommissionierungs-Abwicklung
(Treppenkurve)
(Arbeitsfortschritt)
Status Wannenpuffer
Sorterpackerei (Dynamischer Batch-Übergang)
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Kapitel 5 15.06.2016 Seite 76
Empfänger der Kennzahlen
Leitstand, Logistik-Leiter
Kommissionierungs-Leiter
Mitarbeiter in der Logistik
Vertrieb
Geschäftsführung in verdichteter Form (online)
Kennzahlen zur Messung der Ziele
Anzahl Kommissionieraufträge
Anzahl Artikel pro Auftrag
Wegezeiten pro Auftrag / Wegezeiten pro Batch
Kommissionszugriffe pro MA
Batchoptimierung
Kapazitätsauslastung
Fehlmengen
Kostentreiber!
Artikelhandling
Wegezeiten pro Auftrag / Batch
Fehlerbehandlung
Zeitliche Differenzen in der Batch-Bearbeitung durch fehlende Prozesssicherheit
Manuelle Sorterkommissionierung mit Hochregal-Wannenpuffer und 5.3.3
Sortier-Packmodul (MSK)
Die Idee des MSK-Prozess wurde aus der Marktanforderung geboren:
Weniger Technik erhöht die Flexibilität der Versandabwicklung.
Weniger Technik wendet sich gegen den Einsatz von Sortern (Quergurt-, Kippschalen-,
Taschensorter, etc.) in der Ausprägung festinstallierter Fördertechnik, die auf eine
vorgegebene Sortierleistung optimiert ist, und diese im laufenden Betrieb immer zur
Verfügung stellt.
Die notwendige Flexibilität der Versandabwicklung ist durch die Marktanforderung zum
Beispiel des E-Commerce-Handels erforderlich. Der hohe Bestelleingang zu Wochenbeginn
nimmt im Laufe der Woche kontinuierlich ab, und erfordert durch den überproportionalen
Bestelleingang des darauffolgenden Wochenendes eine angepasste Durchsatzleistung.
Diese Sägezahnabwicklung kann durch Marketingmaßnahmen beeinflusst werden.
Außerdem beeinflussen Feiertage, Saisonflüsse und Ferienzeiten die Ganglinie des
Bestelleingangs. Denkt man diese flexible Anpassung an die Markterfordernisse weiter, wird
schnell eine mögliche manuelle Abwicklung denkbar. Entsprechend den schwankenden
Kundenaufträgen über den betrachteten Zeitraum, wird durch den Einsatz von manuell
bedienten Sortier-, und Packmodulen eine kostengünstige Variante sichtbar.
IT-Grundlagen der Logistik
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Mit dem Ersatz der festinstallierten Fördertechnik (z.B. Quergurt-, Kippschalensorter) durch
die manuell bedienten Sortier- und Packmodule ist der Daten- und Prozessfluss vom
Eingang des Kundenauftrag bis zum Prozessschritt der Batchbildung mit dem, in Kapitel
5.3.2 beschriebenen, Geschäftsprozessmodul identisch.
Aus Projektsicht muss damit nur die Schnittstelle zum ERP-System angepasst werden. Die
Prozessschritte Auftragseinlastung, Auftragsbearbeitung, Auftragspriorisierung und der
daraus resultierende notwendige Nachschub, können als Module wie in Abbildung 5.17 „eins
zu eins“ übernommen werden.
5.3.3.1 Geschäftsprozessmodul MSK
Die manuelle Sorterkommissionierung MSK sollte die oben aufgezählten Vorteile wie
Flexibilität in der Versandabwicklung aufweisen. Dazu muss die MSK in der Anschaffung als
auch im Unterhalt eine günstigere Alternative gegenüber dem, in Kapitel 5.2 beschriebenen
Sortereinsatz, bieten.
Als Vorgaben zur Abwicklung wurde von folgenden Annahmen ausgegangen:
Ein Batch-Sortiermodul und Packmodul verarbeitet jeweils 60 bis 100 Kundenaufträge
Ein Kundenauftrag besteht durchschnittlich aus 3 Teilen
80 Kundenaufträge pro Sortier-, Packmodul entsprechen damit 240 Teile pro Modulbatch
Das Bestellvolumen resultiert aus heterogener Sortimentbreite (z.B. Stiefel bis Textilien)
Durchschnittlich 30 Teile pro Kommissionierwanne
Einsatz von zwei Wannen pro Kommissionier-Rundgang
Einsatz eines Wannenpuffer mit Einzelzugriff pro Kommissionierwanne
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 78
Abbildung 5.16: Prinzipskizze: Geschäftsprozess MSK mit dynamischen Packmodulen
5.3.3.2 Batchbildung pro Sortier-, Packmodul
Alle Aufträge sind durch die Auftragspriorisierung, wie in Kapitel 5.3.2.2 beschrieben, nach
den Cut-off-Zeiten eingereiht. Die Batchbildung pro Modul ist mit dem Ziel verbunden, die
durchschnittlichen Wege je Pickposition zu verringern und die Kommissionier-Wannen
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 79
optimal auszulasten. Pro Rundgang sind zwei Kommissionierwannen im Einsatz und pro
Wanne können 30 Teile transportiert werden. In Abstimmung mit der Vorgabe, wie in
Abbildung 5.1.4 ersichtlich, ist die Gesamtkommissionierfläche in einzelne Kommbereiche
unterteilt. Diese Vorgabe “zwei Wannen in einem Komm-Bereich“ führt zu optimierten
Rundgängen, da der Wegeanteil pro Bereich gering gehalten werden kann (Abbildung 5.14).
Die Rundgangsoptimierung jedes Kommissionierbereiches hat als Variable “welche Wanne
bedient welches Sortiermodul“ verbunden mit dem Ziel, die Kundenaufträge pro Komm-
Bereich zu synchronisieren und somit die Cut-off-Zeiten einhalten zu können. Der
Kommissionier-Rundgang startet mit der Personalisierung und Lokalisierung und der
Wannenanmeldung über MDE Scans. Diese erfassten Daten werden mit der
Rundgangsoptimierung, die im Hintergrund gelaufen ist, verheiratet. Danach beginnt das
Komm-Personal mit dem MDE geführten Rundgang. Jede Pickposition auf dem
wegeoptimierten Rundgang wird gescannt und mit der vorgegebenen Wanne verheiratet. Am
Ende des Rundgangs werden die Wannen gescannt und niveaugleich auf die Fördertechnik
geschoben. Die Fördertechnik transportiert die vollen Wannen zum Wannenpuffer, einem
Hochregal (HRL) mit Einzelzugriff, und führt Leerbehälter dem Kommissionier-Personal
wieder zu.
Die Rundgangabwicklung jedes einzelnen Kommissionier-Bereiches führt zu
unterschiedlicher Durchlaufzeiten, dabei müssen auch Leistungsunterschiede des Personals
berücksichtigt werden. Die Funktion des Batchpuffers (HRL) glättet durch seine
Zwischenspeicherfunktion, die zeitlichen Abhängigkeiten. Die Zwischenspeicherfunktion gilt
auch für den Abzug aus dem HRL. Sind alle Wannen für die Kundenaufträge eines Sortier-,
und Packmodul im HRL zwischengespeichert und ein Modul hat freie Kapitelazität, d.h. der
Sortierprozess ist abgeschlossen, werden die nächsten Wannen aus dem HRL abgezogen
und zum Sortiermodul gefördert.
Der Sortierprozess, der oben in der Annahme aus 80 Kundenaufträge, aus durchschnittlich
drei Teilen besteht, wird MDE-gesteuert in ein Wabenregal händisch nach Kundenauftrag
sortiert. Anfang und Ende des Sortiervorgangs werden erfasst. In diesem Beispiel soll das
eingesetzte Personal die Kundenaufträge sortieren und im nächsten Prozessschritt
verpacken. Der Packvorgang pro Kundenauftrag beginnt mit der Auswahl (der Verpackung,
und dem Erfassen jedes Artikels). Den Abschluss bildet der automatisch angestoßene
Online-Rechnungsdruck und der Druck des Adress-Labels, inklusive der Rückmeldung. Der
verschlossene Versandkarton ist über das Adresslabel vom MFCS auf der
Ausgangsfördertechnik identifiziert. Diese Information “die bestellte Ware ist versandfertig“,
kann dem Kunden als Service übermittelt werden. Entsprechend den Cut-Off-Zeiten werden
die versandfertigen Kundenaufträge den KEP-Diensten zugefördert.
IT-Grundlagen der Logistik
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Abbildung 5.17: Geschäftsprozessmodul MSK
(Prozessinformationen 1-5 sind unter Kapitel 5.3.3.3 beschrieben)
IT-Grundlagen der Logistik
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5.3.3.3 Analysemodell für Geschäftsprozesse
Manuelle Sorterkommissionierung MSK
Entlang der Prozess-Instanzen des Geschäftsprozessmoduls MSK in Abbildung. 5.3.3.3,
werden die, dem Leitstand übertragenen Daten zur Erstellung des Analysemodells für den
Geschäftsprozess übertragen:
Information zur flexiblen Versandabwicklung
Eingang Kundenaufträge + prognostizierte online Bestelleingänge
Einlasten Anzahl der Aufträge pro Δt* in Abhängigkeit der Cut-off-Zeit
Abgeleiteter Personalaufwand nach Kommissionier-, Sortier-, und Packbereich pro Δt*
* betrachteter Zeitraum z.B. im Schichtbetrieb
Prozessziele
Flexibilität bei der Versandabwicklung
Flexibler Personaleinsatz z.B. Jahresarbeitszeitmodell
Rundgangoptimierung abgestimmt mit Cut-off-Zeiten
Prozesssicherheit
Permanente Sicht auf die Kostentreiber
Kostentreiber
Unkalkulierter Bestelleingang versus Personaleinsatz
Fehlerbehandlung
Zeitliche Differenzen im Prozessablauf durch fehlende Prozesssicherheit
Prozessinformationen MDE WMS/MFCS
MDE geführte MSK-Kommissionierung
Personalisierung MDE
Lokalisierung/Komm.-Bereich
Verheiraten beider Wannen
Zuweisung Rundgang im Bereich
Anzeige nächste Pickposition
Anzeigen Lagerfach quittieren
Artikel entnehmen quittieren und mit vorgegebener Wanne verheiraten
______________
IT-Grundlagen der Logistik
Kapitel 5 15.06.2016 Seite 82
Fehlerbehandlung analog, Abbildung 5.1.5 “Mensch-Maschine-Kommunikation während des Rundgangs“
Anzeige “Rundgangsende“, Übergabe auf Fördertechnik
Status “Kommissionier-Rundgänge pro Kommissionier-Bereich“
Status “HRL Zwischenspeicherfunktion pro Rundgang“ ____________
Informationsfreies Sortiermodul + alle Kundenaufträge für ein Modul, sind im HRL eingelagert
Abzug der Kommissionier-Wannen zu dem freien Sortiermodul
Personalisierung MDE
Beginn “händischer Sortiervorgang“
Artikel identifizieren und mit vorgegebenem Fach verheiraten, bis alle Kundenaufträge (in diesem Bespiel 80 Kundenaufträge) sortiert sind
Ende Sortiervorgang ____________
Personal wechselt zum nächsten Prozessschritt “Packvorgang“
Auswahl Verpackung
Erfassung jedes Artikels pro Kundenauftrag
Online Rechnungsdruck und Druck Adress-Labels
Identifizierung über Adresslabel auf der Ausgangsfördertechnik ____________
Sortierung nach Cut-off-Zeit in Container bzw. LKW
Info an den Kunden Versandstatus
Betriebsdatenauswertung aus den Prozessinformationen MDE WMS/MFCS zur Leitstand und Ressourcenplanung
Arbeitsfortschritt - zeitlicher Gesamtüberblick der MSK zur Überwachung und Steuerung, sowohl der Einzelprozesse, als auch des Gesamtprozesses
Kennzahlen Soll/Ist entlang der Prozess-Instanzen vom Einlasten der Kundenaufträge, über den Kommissionier-Ablauf mit Auswirkung auf den Batchabschluss und den Sortier-,
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und Verpackungsprozess und damit die Cut-off-Zeit sowie die Übergabe an den KEP-Dienst
Empfänger der Kennzahlen z.B. zeitliche Arbeitsfortschrittsgraphik
Logistik-Leitung
Komm-Leitung
Personal in der Logistik
Vertrieb
Geschäftsführung, z.B. Visualisierung in verdichteter Form: TUP-Apps
Kennzahlen zur Messung der Ziele
Personaleinsatz versus Bestellabwicklung
Auftragsstruktur “Aufträge pro Tag“
Kapazitätsauslastung
Ø Kommissionier-Zugriffe pro MA
Ø Sortier-, Packleistung pro MA
Fehlmengen
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6 LITERATUR UND QUELLEN
Literaturnachweise:
“Funktionen, Komponenten und Schnittstellen eines Systems“ (VDI/VDMA 5100) – Seite 1
“Mindestanforderungen für den Informationsaustausch zwischen den SAIL-Komponenten“
(VDI/VDMA 5100) – Seite 7
Smart Label (Vicinty Standard der ISO 15693) – Seite 31
OSI-Schichtenmodell (ANSI/IEEE 802.2). – Seite 38
“Computernetzwerke: Der Top-Down-Ansatz“ James F. Kurose, Keith W. Ross, Pearson, 6.
aktualisierte Auflage, 2014 – Seite 38
“Ethernet“ (IEEE 802.3) – Seite 42
“Netzwerkzugangstechnik über WLAN“ (Standard IEEE 802.11) – Seite 49
“Bluetooth-Netzwerkszugangstechnik“ (Standard IEEE 802.1.5.1) – Seite 49
“Grundkurs Geschäftsprozess-Managament: Methoden und Werkzeuge für die IT-Praxis:
Eine Einführung für Studenten und Praktiker“ Andreas Gadatsch, 7. Auflage, 2012 – Seite 53
“Architektur, Methode, Prozess: Ein Business Analysis Framework“ Jürgen Pitschke, 2012 –
Seite 53
“Dynamische Disposition: Strategien, Algorithmen und Werkzeuge zur optimalen Auftrags-,
Bestands- und Fertigungsdisposition“ Timm Gudehus, 2012 – Seite 65
“Feed Algorithmen“ Ho et al. 2008, Ho & Tseng 2006 – Seite 64 und Seite 66
(De Koster, R., Le-Duc, T., and Roodbergen, K.J. (2007), Design and control of warehouse order picking: a literature review. European Journal of Operational Research 182(2), 481-501.) – Seite 66
(“Erweiterung des Warenverteilzentrums der MCM Klosterfrau
in: Logistik für Unternehmen 6/2009“ Dietmar Hoffbauer) – Seite 66
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Abbildungsnachweise:
Abbildung 3.4: “Codeaufbau und Beschreibung eines SSCC (GS1-128)“ (Beispiel eines
Codes nach GS1-128: SSCC (Serial Container Shipping Code)) – Seite 25
Abbildung 3.15, “Gedruckte Tags“ (Quelle: www.polyic.de, 2015) – Seite 33